小麦内生根粒菌に毛根病誘導プラスミドが存在することで、健全な抵抗性植物による病原体保存機能が説明された

Presence of hairy-root-disease inducing (Ri) plasmid in wheat endophytic rhizobia explains a pathogen-reservoir function by healthy resistant plants.

• Byoungwoo Kang
• Taichi Maeshige
• Aya Okamoto
• Yui Kataoka
• Shinji Yamamoto
• Kazuhide Rikiishi
• Akio Tani
• Hiroyuki Sawada
• Katsunori Suzuki

抄録

ハトムギ内葉植物の根粒菌には、毛根病の原因病原体であるクラウンゴールと毛根病の原因病原体の複合体（biovar 1）が知られている。また、この複合体に含まれる株は、無症状で多くの植物種からエンドファイトとして検出されている。本研究の目的は，この複合体の内生菌の変異を明らかにし，これらの内生菌株が病原菌株とどのように異なるのかを明らかにすることである。本研究では、質量分析の高分解能を利用した簡便かつ効果的なスクリーニング法を考案した。病害抵抗性のあるコムギと大麦の若株から分離された内生菌株をスクリーニングし、コムギから7株を本菌種複合体のメンバーとして同定した。さらに解析を進めた結果、5株をゲノムバー（ゲノム群）G1に、2株をG7に分類した。注目すべきことは、これら2つのゲノムバー群には多くの既知の病原性株が存在することである。実際、２つのＧ７の内葉植物株は、２００ｋｂｐのＲｉプラスミドを含む病原性の前提条件と同様に、タバコに病原性を示した。また，G1の5株はすべて500kbpのプラスミドを有しており，これはよく知られているクラウンボール病菌に存在するものであった。これらのデータは，健康なコムギが本種の病原菌の貯蔵庫としての役割を果たしていることを強く示唆している。クラウンゴール病と毛根病は，裸子植物からジコット植物に至るまで，非常に広い範囲で宿主植物の範囲を示している。近年，多くの植物種から分離された多くのエンドファイト株がこの種複合体に同定されている。われわれは、コムギ植物から本種複合体に属する内葉植物株7株を分離し、そのゲノムバーの所属とプラスミドプロファイルを明らかにした。本研究の意義は、内葉植物と既知の病原体とのゲノムウイルス相関関係、内葉植物7株のうち2株に病原性能が存在すること、内葉植物株中の病原体の割合が高いことを見いだしたことにある。したがって、本研究は、本種の病原体を維持し、病害を受けやすい植物に病原体を散発的に送達するメカニズムを解明するための説得力のある証拠を提供するものである。

species complex (biovar 1 ) has been known for the crown-gall and hairy-root disease causative pathogens. Strains within this complex were also found as endophytes from many plant species with no symptom. The aim of this study is to reveal the endophyte variation of this complex and how these endophytic strains differ from pathogenic strains. In this study we devised a simple but effective screening method by exploiting the high resolution power of mass spectrometry. We screened endophyte isolates from young wheat and barley plants, which are resistant to the diseases, and identified seven isolates from wheat as members in the species complex. Through further analyses, we assigned five strains to the genomovar (genomic group) G1 and two strains to G7 in the species. Notably, these two genomovar groups harbor many known pathogenic strains. In fact, the two G7 endophyte strains showed pathogenicity on tobacco, as well as the virulence prerequisites including a 200-kbp Ri plasmid. All of the five G1 strains possessed a 500-kbp plasmid, which is present in well-known crown-gall pathogens. These data strongly suggest a role of healthy wheat plants as a reservoir for pathogenic strains of this species. Crown gall and hairy root diseases exhibit very wide host-plant ranges that cover gymnosperm and dicot plants. species complex is the representative species that harbor causative agents of the two diseases. Recently, a number of endophyte isolates from many plant species have been assigned to this species complex. We isolated seven endophyte strains belonging to the species complex from wheat plants, and revealed their genomovar affiliations and plasmid profile. The significance of this study is the finding of the genomovar correlation between the endophytes and the known pathogens, the presence of a virulence ability in two of the seven endophyte strains, and the high ratio of the pathogenic strains in the endophyte strains. This study therefore provides convincing evidences that could unravel the mechanism to maintain pathogenic agents of this species and to deliver them to susceptible plants sporadically.

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