ence【解説】【2011 年農芸化学研究企画賞】

フェアリーリング の化学と フェアリー化合物 の植物成長調節剤としての可能性
河岸洋和

公園，ゴルフ場，住宅街などで，芝が輪状に周囲より色濃く繁茂し，時には成長が抑制されたり枯れたりし，後にキノコが 発 生 す る 現 象 は「フ ェ ア リ ー リ ン グ（fairy ring， 妖 精 の輪）」 と 呼 ば れ て い る． 筆 者 ら は， フ ェ ア リ ー リ ン グ を 形 成するコムラサキシメジが産生するフェアリーの正体（芝を繁茂 さ せ る 原 因） が 2- ア ザ ヒ ポ キ サ ン チ ン（ AHX） と イ ミ ダ「フェアリーリング（fairy ring，妖精の輪）」と呼ばれている（1）（図 1）．1675 年に発表されたフェアリーリングに関する最初の論述や，それに続く論文が 1884 年の誌 に 紹 介 さ れ て 以 来， そ の フ ェ ア リ ー の 正 体（芝を繁茂させる原因）は謎のままであった（2）．そして，

ゾ ー ル -4- カ ル ボ キ シ ア ミ ド（ICA） で あ る こ と を 突 き 止 め

筆 者 ら は そ の フ ェ ア リ ー が 2-ア ザ ヒ ポ キ サ ン チ ン

た． ま た， 植 物 中 で の AHX の 代 謝 産 物，2- ア ザ -8- オ キ ソ ヒ（AHX）とイミダゾール-4-カルボキシアミド（ICA）で

ポ キ サ ン チ ン（AOH） を 得 る こ と に も 成 功 し た． こ れ ら の化合物（フェアリー化合物）は試したあらゆる植物に活性を示すことから，筆者は「これらの化合物は植物自身も作り出しているのでは？」と考えた．そして，それを証明し植物体内での生合成経路も明らかにした．フェアリー化合物はさまあることを突き止めた（3, 4）（図 2）．その発見の経緯は以前に本誌でも解説した（5）．本稿ではその後の研究の進展を中心に紹介する．ここで述べる多くの結果は，最近，論文として発表し，誌にも紹介された（6, 7）．

ざまな作物の収量を増加させ，農業への応用が期待される．

もう一つのフェアリー
はじめに公園，ゴルフ場，住宅街などで，芝が輪状に周囲よりフェアリーリングを形成する菌は世界中で 54 種知られている．筆者はその中でコムラサキシメジ（色濃く繁茂し，時には成長が抑制されたり枯れたりし，）選んだ（その理由は後述する）．その菌糸体を後にキノコが発生する現象が知られている．この現象は培養し，培養液からシバの成長を促す AHX と逆に抑制

Chemistry of Fairy Ring and Possibility of “Fairy Chemicals” asa Plant Growth Regulator
Hirokazu KAWAGISHI, 静岡大学グリーン科学技術研究所

化学と生物 Vol. 52, No. 10, 2014

する ICA の単離，同定に成功した（3, 4）．その後，AHXを根から吸収したイネやシロイヌナズナなどは共通の代謝産物を与えることが判明し，その代謝産物の精製に成665したイネが作製され，そのイネは低温や塩ストレスに耐性ができたという報告もある（8）．この遺伝子導入イネに関する文献同様の方法でイネの成長に対する AHX の効
果 を 試 し て み た と こ ろ，AHX 処 理 に よ っ て イ ネ は，遺伝子導入イネと同様に低温や塩ストレス下での成長が回復し，文献にはない高温ストレスに対しても抵抗性を示した．BBI は病原菌への抵抗性を付与および塩ストレスからの保護にかかわっている．また，TIP2 ; 1はアンモニア／アンモニウムイオンの輸送に関与してい図 1 ■ 芝に出現したフェアリーリングる．そこで 15NH4NO3 あるいは NH415NO3 が唯一の窒素源の培地中でイネを AHX 処理したところ，15NH4NO3を用いたときにのみ，イネ中の 15N 含量が大幅に増加していた．以上のことから，筆者らは，「AHX によって，植物（少なくともイネ）は多様で継続的な環境からのストレスに対する抵抗性を獲得し，さらにアンモニア態窒

図 2 ■ AHX, ICA, AOH の構造

素 の 吸 収 を 増 加 さ せ， 成 長 が 促 さ れ る」 と 結 論 した（3, 5）．

功した．この物質の構造を 2-アザ-8-オキソヒポキサンチ

イネやシロイヌナズナに対して，各化合物の活性を示ン（AOH）と決定した（図 2）．AOH は新規物質であっす至適濃度において，AOH によって影響される遺伝子た．この構造が明らかになったとき，筆者は AHX からやタンパク質発現のプロファイルは AHX のそれと類似

AOH の酸化はキサンチンから尿酸への反応に酷似してしているが，ICA のそれは AHX と AOH とは逆の場合いることに気づいた．そこで，キサンチンから尿酸へのが多く見られた．それはあたかも AHX，AOH と ICA反応を触媒する市販のキサンチンオキシダーゼで AHXがスイッチのオンオフのように働いるように見える（未を処理してみると，定量的に AOH が得られた．以上の

発 表 デ ー タ， 論 文 準 備 中）． 興 味 深 い こ と に，AHX，ことから，植物体内で働く「真」のフェアリーは AOH

AOH と ICA にはこのような違いがあるにもかかわらではないかと考えた．そしてバイオアッセイを行ったとず，さまざまな植物に対するさまざまな実験を通して判ころ，AOH は AHX 同様にシバの成長を促進した（6）．

断できることは，これら 3 種のフェアリー化合物は（各本 稿 で は，

誌 の 紹 介 記 事 の タ イ ト ル「Fairychemicals」 を お 借 り し て，AHX, ICA, AOH をフェ（7）ア リ ー 化 合 物（fairy chemicals） と 呼 ぶ ． フ ェ ア

化合物の施与濃度に違いはあるものの）いずれも植物に多様なストレス（乾燥，塩，高低温など）に対する耐性を付与するということである．

リー化合物の発見の順番は AHX, ICA そして AOH であるので，これらのうち AHX に関するデータが最も蓄積している．

フェアリー化合物の植物での内生の証明
フェアリー化合物は，イネのほかにも，分類学上の科フェアリー化合物の植物成長活性発現機構
AHX の植物成長活性発現機構ついては前回紹介したが，以下に要点を記す（3, 5）．に無関係に試したすべての植物（コムギ，トウモロコ
シ，ジャガイモ，レタス，アスパラガス，トマト，コマツナ，シロイヌナズナなど）の成長を促進した．試したあらゆる植物に活性を示すことから，筆者は「これらのイネ DNA マイクロアレイと逆転写ポリメラーゼ連鎖化合物は植物自身も作り出しているのでは？」と考え反応（RT-PCR）において，AHX 処理によって，主に 3た．そこで，イネとシロイヌナズナの抽出物を LC-MS/

つ の 遺 伝 子，MS で分析したところ，どちらにも AHX と AOH が存在（glutathione-transferase），（Bowman‒Birk type proteinase inhibitor），アクアポリすることが判明した．しかし，もともと AHX は菌からンの 1 種の発現量が大きく増大した．GST は得られた化合物であるので，周囲の微生物が AHX を生植物中での解毒を担い，さらにストレス（低温，塩な成し，植物に取り込まれた可能性がある．そこで，無菌ど）から保護する働きをしている．

的にイネとシロイヌナズナを栽培して調べたところ，や666

遺伝子を導入化学と生物 Vol. 52, No. 10, 2014

表 1 ■ AHX と AOH の内生サンプル

AHXAOHdddddddndddddndddndddndnddddnddddnddddnddddddnddndndddd

イネ科
イネ（日本晴れ，地上部）
イネ（日本晴れ，根）イネ（日本晴れ，コシヒカリ；可食部）
小麦（農林 61号；可食部）
ベントグラス（地上部，根）コウライシバ（地上部）
コウライシバ（根）ユリ科
アスパラガス（可食部）
ユーカリ科
ユーカリ（；地上部，根）ユーカリ（；地上部，根）ナス科
トマト（ハウス桃太郎，麗夏，Endeavour；地上部）
トマト（ハウス桃太郎，麗夏，Endeavour；根）ジャガイモ（ダンシャク，メークイン；可食部）
ウリ科
キュウリ（地上部，根）ツバキ科
チャ（地上部）
チャ（根）アブラナ科
コマツナ（地上部）
コマツナ（根）ダイコン（可食部）
シロイヌナズナ（地上部）
シロイヌナズナ（地下部）
サトイモ科
サトイモ（可食部）
藻類
クロレラ（;）藍藻（sp. PCC6803dddnd

図 3 ■ AHX, ICA, AOH の化学合成法．また，前述のDICA を経て化学合成可能である（図 3）
とおり，AOH は AHX から酵素反応で得られる．筆者
は，植物体内でのフェアリー化合物の生合成においても，化学合成同様の，AICA から AHX そして AOH への経路が存在すると考えた．なぜなら，AICA は微生物，植物，動物すべてのプリン代謝経路上にある化合物であり，しかも，AICA から AHX への変換は植物体内に存
在 し う る HNO2 と NH3 と の 反 応 だ か ら で あ る（図 3）．
また，AICA のリボチド（AICAR）は，イノシン，ヒポキサンチン，キサンチン，尿素などの生合成前駆体であ る（図 4）． し か し な が ら， す べ て の 生 物 に お い て
AICA のさらなる代謝は全く知られていなかった．この仮説を証明するために，共同研究者である静岡県立大学・菅敏幸教授グループによって合成された 5 位が13

C でラベルされた AICA（図 3）をイネ幼苗の培養液に添加して栽培した．その結果，ラベル化 AICA は根から吸収され，AHX を経て AOH に変換されたことを証明した．さらに，イネ幼苗を抽出した粗酵素液によってd: 検出，nd: 未検出

AICA から AHX が生成することも証明した（6）．すなわ
はり，AHX と AOH が検出された．その後，多くの試

ち，筆者らは植物における新しいプリン代謝経路を発見

料を分析したが，AHX はすべての植物に，AOH も多くしたのである（図 4）．しかしながら，筆者はこのルー（6）の植物に内生が確認された （表 1）．筆者は AOH も植トだけでなく，AICAR から AHX リボチドを経て AOH物に普遍的に存在すると予想している．AOH が検出さリボチドが存在すると予想している．あるいは，この経れない植物がある理由は，現時点において LC-MS/MS路が主要経路かもしれない．の感度が AHX の数分の 1 であるためか，あるいは調べた試料のその生育段階では AOH 含量が検出感度限界以下であるため，と考えている．ICA に関しては，感度の良い分析条件がまだ見つかっておらず，植物での内生は証明されていない．

フェアリー化合物の農業への応用の可能性
筆者らは 2008 年からフェアリー化合物の農作物の収量に対する効果を検討している．
イネのポット栽培において，2009 年から 2010 年には，フェアリー化合物の植物での生合成経路イネの定植（田植え）期，分げつ期，穂肥期，あるいは実肥時に 5 μ M AHX を 2 週間与えるだけで，玄米収量がAHX は，5-アミノイミダゾール-4-カルボキサマイド

そ れ ぞ れ 6.5％，20％，17％，13％ 増 加 し た． ま た，（AICA）から 4-ジアゾ-4 -イミダゾール-5-カルボキサマ

5 μ M AHX あるいは 2 μ M ICA を与え続けることでそれイ ド（DICA） を 経 て 化 学 合 成 さ れ る（9）．ICA も ま た

ぞ れ 25.5％ と 26.0％ の 玄 米 の 増 収 を 記 録 し た（3, 5, 10）．

化学と生物 Vol. 52, No. 10, 2014667

図 4 ■ 植物における新しいプリン代謝経路

表 2 ■ 圃場における AHX のイネに対する効果
処理
無処理
AHX 処理苗箱処理（増加率％）
定植期（増加率％）
幼穂形成期（増加率％）

植物体穂数a桿長（cm）

穂長（cm）

地上部乾燥重量（g）玄米重量（g/1,000 粒） 玄米収量（g）

11.4±2.5 *a

65.6±2.5a

21.0±1.450.9±4.5

21.6±0.2a

18.2±2.1a

13.1±2.3b（14.9）
13.1±2.5b（4.6）
11.8±2.4ab（3.5）

66.1±2.5ab（0.7）
66.9±2.9ab（2.1）
67.3±2.2b（2.6）

21.5±1.5a（2.7）
20.9±1.5a（−0.3）
21.0±1.2a（0.1）

54.4±5.6b（6.9）
54.0±3.7b（6.1）
54.0±3.6b（6.1）

21.6±0.4a（0）21.8±0.5a（0.9）
21.9±0.2a（1.4）

20.0±2.0b（9.9）
19.3±1.0b（6.0）
19.3±1.9ab（6.0）* 異なったアルファベット間に有意差あり（ ＜ 0.05）Turkeyʼs test

2010 年には静岡大学農学部附属地域フィールド科学教

芽前の種子を AHX あるいは ICA 溶液に 36 時間浸漬する

育研究センターの水田で栽培試験を行い，AHX を定植だけの処理を行った．その結果，AHX 処理では 20.4％，（田植え）期あるいは幼穂形成期に一度だけ水田に施与

ICA では 9.8％収量が増加した（11）（表 2）．コメ同様にコするだけで玄米収量をともに 6％増加させた．また，田ムギの場合も，粒当たりの重量や穂につく粒数は変わら

植え前に苗箱で苗を 2 週間だけ AHX 溶液に浸漬し，田なかったが，植物体当たりの穂数が増加した．

植え後は通常栽培を行っても，9.9％増収した．AHX に

圃場でのイネとコムギの栽培実験は毎年行っている．

よって，米粒当たりの重量や穂につく粒数は変わらなコントロール（無処理）の収量は，天候などの自然条件（10）かったが，植物体当たりの穂数が増加した

（表 2）
．

によって変動するが，AHX あるいは ICA の処理区ではコムギに関しても圃場での栽培実験を行っている．

毎年一定の高収量が得られている．AOH に関しても同2010 年から 2011 年にかけての結果では，苗を AHX また様の結果が得られている（未発表データ，投稿準備中）．

は ICA で 2 週間処理しただけで収量がそれぞれ 10.2％，すなわち，フェアリー化合物によって，天候条件（環境5.6％増加した（表 3）．この結果を見て，苗よりもさらからのストレス）に左右されずに，穀物に対して一定のに早い生育段階での処理の効果を試した．すなわち，発高収量を得ることができるのである．また，トウモロコ

668

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表 3 ■ 圃場における AHX と ICA の小麦に対する効果
2011 年
苗箱処理AHX

無処理

ICA
濃度（mM）1.0
種子
粒重（g/m2）
穂数（/m2）粒重（g/1,000 粒）
粒重（g/穂）
植物体
穂長（cm）
穂長（cm）
乾燥重量（g/植物体）

0.1

336.6±43.4
217.0±23.3
38.3±2.0
1.55

371.1±46.6*
240.2±27.6*
36.9±0.8
1.54

増加率％（10.2）（10.7）（−3.7）（−0.4）

355.5±40.8
228.4±26.5
36.6±1.4
1.56

増加率％
（5.6）
（5.3）
（−4.5）（0.3）

79.8±4.7
9.0±0.555.6±7.5

81.7±3.1*
9.2±0.661.0±7.1*

（2.4）
（2.5）
（9.7）

80.6±3.4
8.8±0.757.9±6.5（1.0％）（−2.0％）（4.0％）

2012 年
種子浸漬処理
AHX

無処理

ICA
濃度（mM）

1.0
種子粒重（g m−2）
穂数（m−2）粒重（g/1,000 粒）
粒重（g/穂）
植物体
穂長（cm）
穂長（cm）
乾燥重量（g/植物体）

0.1

500.6±100.2
375.8±73.0
36.4±2.5
1.33

602.5±120.8*
454.2±116.5*
36.5±3.0
1.33

増加率％（20.4）（20.8）（0.4）（−0.4）

549.4±95.9422.5±90.8
35.1±2.8
1.30

増加率％
（9.8）
（12.4）（−3.4）（−2.4）

76.1±3.0
8.5±0.6
41.0±6.8

77.6±3.2
9.2±0.7*48.5±8.5*

（1.9）
（8.4）
（18.3）

78.1±4.2
8.6±0.845.1±6.9

（2.6）
（1.8）
（10.1）* 有意差あり ＜ 0.05（Dunnettʼs test）

シ，トマト，ピーマン，コマツナなどの栽培実験でも有をたどることを夢見ている．そして，それを証明すべく意な増収効果が得られている（未発表データ，一部論文さまざまな検討を行っている．

準備中）．

この研究は，筆者の住んでいる静岡大学職員用宿舎の筆者らはフェアリー化合物の実用化も一つの目標とし芝生にコムラサキシメジによるフェアリーリングが現れてさまざまな検討を行っている．しかし，植物成長調節たことが契機となった．このキノコは美味であり，その剤として実用化しようとすると，農薬扱いとなり医薬に芝生で発生したものは味噌汁に入れて食べた．しかし，準じる安全性試験が必須である．また各作物ごとの最適

妻や子どもたちは私のキノコ鑑識眼を疑い一切口にせ施与方法の決定なども必要である．これらの検討には多ず，同じ宿舎の住人は芝生に這いつくばりキノコを観察額の費用と時間を要し，大学に属する研究者では到底でし採取している私を怪しそうに見，それを食べたのをきないことである．筆者らにとってありがたいことに，知って驚いていたらしい．1985 年に助手として静岡大国内外の企業が実用化を目指した研究に着手した．

学に赴任して以来キノコに関する天然物化学的研究を続けてきた筆者であるが，恥ずかしながら，2004 年のこおわりに筆者は，これらフェアリー化合物が新しい「植物ホルの経験まで「フェアリーリング」という自然現象を知らなかった．偶然の出会いが，筆者のライフワークになろうとしている．

モン」であると信じている．イネ馬鹿苗病菌から得られたジベレリンが後に植物ホルモンとして認知された歴史

化学と生物 Vol. 52, No. 10, 2014669

謝辞：本研究は，農芸化学会研究企画賞，生研センターイノベーション創出基礎的研究推進事業，科研費・新学術領域研究「天然物ケミカルバイオロジー」によって経済的に支えられました．深謝いたします．

文献1) http://en.wikipedia.org/wiki/File:FairyRingSchoolField.
jpg2) H. Evershed:, 29, 384 (1884).
3) J.-H. Choi:
, 11, 1373 (2010).
4) J.-H. Choi:
, 58, 9956 (2010).
5) 崔 宰熏，河岸洋和：化学と生物，49, 299 (2011).
6) J.-H. Choi:
, 53, 1552 (2014).
7) A. Mitchinson:, 505, 298 (2014).
8) F. Zhao:
, 9, 93 (2002).
9) K. Vaughan:, 40, 300 (2002).
10) T. Asai:, in press.
11) H. Tobina:, 162, 6 (2014).

プロフィル
河岸 洋和（Hirokazu KAWAGISHI）＜略歴＞ 1985 年北海道大学大学院農学研究科博士課程修了（農学博士）／同年静岡大学農学部助手（農芸化学科）／1989 年同大 学 農 学 部 助 教 授（応 用 生 物 化 学 科）／
1998 〜 1999 年 文 部 省 在 外 研 究 員（米 国ハ ー バ ー ド 大 学 化 学・ 化 学 生 物 学 科）／
1999 年静岡大学農学部教授（応用生物化学科）／2006 年同大学創造科学技術大学院教授（統合バイオサイエンス部門）／2011
年同大学卓越研究者（現在に至る）／2013
年同大学グリーン科学技術研究所（現在に至る）＜研究テーマと抱負＞生物，特にキノコにかかわるあらゆる生命現象を「化合物」で説明したい＜趣味＞読書，家庭菜園，2 月から 5 月までのタケノコ掘り
Copyright © 2014 公益社団法人日本農芸化学会670

化学と生物 Vol. 52, No. 10, 2014