小麦のストライプサビ対策：増え続ける課題

ストライプサビ（黄サビとも呼ばれる）は、小麦に深刻な影響を与える病気で、世界中の多くの人々の主食となっています。この病気は、Puccinia striiformis f. sp. triticiという真菌によって引き起こされます。ストライプサビが制御されないと、重大な収穫損失が発生し、毎年数十億ドルの小麦生産に影響を与えます。新しい攻撃的な真菌株が特定されてきており、特に小麦が最初に栽培された地域、例えば東アジアやアフリカでその問題が悪化しています。気候変動もこの状況を悪化させ、病原体の拡散を容易にしています。

#遺伝的抵抗の重要性

ストライプサビを制御するために殺真菌剤を使う方法もありますが、最も効率的でも環境に優しい方法でもありません。だから、病気に遺伝的に抵抗力のある小麦品種を開発する方がずっと良いアプローチです。しかし、そのためには、新しい抵抗遺伝子を特定して、真菌の進化に追いつく必要があります。過去50年間で、ストライプサビの発生と重症度は劇的に増加しました。現在、世界の小麦の驚くべき88%が感染のリスクにさらされています。約12億人が小麦を食料として頼っているので、新しい抵抗力のある小麦品種の必要性は急務です。

いくつかの遺伝子が黄サビに対抗する抵抗力を与えることが確認されており、その多くは商業用小麦品種で利用されています。ただし、これらの遺伝子の効果はさまざまです。例えば、完全な抵抗を提供する遺伝子もあれば、部分的な保護しか提供しなかったり、植物に望ましくない症状を引き起こすこともあります。これらの遺伝子の反応は、小麦品種の遺伝的構成、真菌の株、環境条件によっても異なる場合があります。

#新しいストライプサビ株

最近の開発で、新しい攻撃的な黄サビ真菌株が出現していることが示されており、既存の遺伝的防御が効果を失いつつあります。たとえば、「ウォリアー」という株はイギリスで報告されており、大規模な発生を引き起こしています。これらの新しい株はさまざまな地域に広がり、温暖で乾燥した条件に適応しており、これが小麦作物にとってさらに危険なものにする可能性があります。

新しい抵抗力のある小麦品種の必要性は、これまで以上に重要です。これまでのところ、いくつかの小麦品種が病気に対する抵抗力を示していますが、将来の株に耐えることができる選択肢を開発することが不可欠です。中国で発見された「TSA-6」という株は、重要な遺伝子Yr5が提供する抵抗を克服できることが分かり、この必要性の緊急性を浮き彫りにしています。

#抵抗のメカニズム

黄サビ抵抗遺伝子の異なる機能は、植物が病気に抵抗する方法が複数あることを示しています。植物が真菌に感染しようとする際に壊死病変を発生させることが一般的な反応の一つです。この反応は、過敏反応と呼ばれ、病原体に対する成功した防御の兆候である可能性があります。しかし、一部の突然変異は、病原体が存在しないのに病変が形成されることにつながることがあり、これは特定のトウモロコシや他の草類でよく見られます。

これらの反応に関与する遺伝子のいくつかはクローニングされ、研究されています。例えば、トウモロコシの病変に関連する遺伝子が詳細に調べられています。これらの病変模倣表現型は、植物が感染に抵抗する方法を理解する手がかりを提供し、これらのプロセスにおける温度の重要性も強調しています。

#病原体の共在

ストライプサビは、他の小麦病とともに現れることが多いので、これらの病原体間の関係を理解することは、効果的な育種に不可欠です。実際、黄サビや葉斑病などの病気の重複する領域は、小麦品種が複数の病原体に対して抵抗力を持つ必要があることを示しています。これにより、研究者たちは、初期および後期の成長段階で両方の病原体に対する反応を評価するために小麦系統を評価しています。

#小麦ゲノムと突然変異解析

小麦は複雑なゲノムを持っていて、研究者が新しい有益な特性を特定するのを可能にします。この多倍体性、つまり遺伝子の複数のコピーを持っていることは、小麦が他の植物よりも有害な突然変異に抵抗するのを助けます。研究者たちは、特定のタイプの小麦の2,000以上の系統を研究し、それらの突然変異を調査することで、育種プログラムに有益な特性を特定しています。

研究から、ストライプサビに対して強力で一貫した抵抗を示す16の小麦系統が見つかりました。これらの系統は数シーズンにわたって評価され、研究者たちは他の病原体に対する反応も評価しました。いくつかの系統には、より良い小麦品種を育成するために役立つ独自の特性が見つかりました。

#EDR系統の表現型クラス

抵抗性系統のスクリーニング中に、さまざまな反応のクラスが観察されました。最高のパフォーマンスを発揮した系統は、黄サビに対する抵抗力に基づいて分類され、病原体にさらされたときの葉の損傷の程度が異なりました。一部の系統には目に見える損傷がほとんどなく、他の系統は広範な病変を示しました。

これらの病変とストライプサビ抵抗の関係をよりよく理解するために、研究者たちは病気に関連する特定の遺伝子の発現を比較しました。これらの遺伝子のレベルの変化は、病変の重症度としばしば相関し、植物の免疫反応と病気に対する抵抗力との関係を示しています。

#異なる条件でのテスト

実験にはさまざまな条件でのテストが含まれていました。小麦系統は、フィールド試験と制御された環境の両方で評価され、時間の経過とともにストライプサビに対する反応を調べることができました。異なる温度や湿度レベルも考慮され、病気の抵抗力にどのように影響するかが検討されました。

特に、一部の系統は他の病気に対してもより敏感であることが分かりました。特に、細胞死を引き起こす壊死性病原体のように振る舞う病気です。これは、ストライプサビに対する抵抗力を発展させる一方で、他の病気に対する感受性が増さないようにするために、育種材料の選択を慎重に行う必要があることを示しています。

#病気抵抗におけるトレードオフ

植物の抵抗力におけるトレードオフの考え方は、一つの病原体に対する抵抗力を強化すると、別の病原体に対してより感受性が高くなる可能性があることを意味します。自己免疫系統、すなわち感染がなくても自然に病変を示す系統が、壊死性病原体にどのように反応するかが探求されました。結果として、これらの系統は他の病気に対してパフォーマンスが悪いことが示され、植物の防御システムがその反応を調整していることを示唆しています。

しかし、穀物の重さに関しては、ほとんどの抵抗系統が一般的な小麦品種であるクロノスと比較して不利を示さなかったことが分かりました。この発見は有望で、育種家が収穫量を犠牲にせずに病気に対する抵抗力を向上させる方向で作業できることを示唆しています。

#突然変異をゲノムにマッピング

抵抗性のある小麦系統に存在する突然変異をさらに理解するために、研究者は遺伝子データを新しい高品質の小麦品種クロノスのゲノムに再マッピングしました。このプロセスは、大量の突然変異とそれらが植物の特性に与える潜在的な影響を特定するのに役立ちました。これらの突然変異のほとんどは特定の遺伝子に影響を及ぼすことが分かり、この情報は新しい小麦品種に望ましい特性を導入する育種プログラムにとって重要です。

#結論

要するに、ストライプサビの小麦における増加は、抵抗性のある品種を特定し、開発するために緊急の行動を必要としています。遺伝的抵抗は、効率性と化学処理の必要性を減らすため、好ましい制御方法です。新しい抵抗遺伝子を特定し、病原体に対する植物の反応のメカニズムを理解することに焦点を当てた継続的な研究が重要です。抵抗力のある小麦品種の栽培は、食料資源を守るだけでなく、持続可能な農業に向けた一歩にもなります。新たに説明された小麦系統は、将来の研究と開発の貴重な資源を提供し、ストライプサビや他の病気に対してより強靭な作物の希望を提供します。