理化学研究所環境資源科学研究センター植物免疫研究グループの白須賢グループディレクター、奈良先端科学技術大学院大学先端科学技術研究科バイオサイエンス領域植物共生学研究室の吉田聡子特任准教授らの国際共同研究グループは、アフリカを襲う病害寄生雑草であるストライガ（Striga）の全ゲノム解読に成功した。本研究成果は、ストライガの進化および寄生メカニズムの理解、ストライガ撲滅に向けた除去剤開発などに貢献すると期待できる。米国の科学雑誌「Current Biology」の掲載に先立ち、オンライン版（9月12日付け：日本時間9月13日）に掲載。
ストライガは主要な穀物に寄生し、収穫量を大幅に減らす有害植物であり、特にアフリカで深刻な被害をもたらしている。この問題の根本的な解決に向けてストライガの寄生メカニズムを理解するには、全ゲノム情報が必要。
国際共同研究グループは、1950年代に米国に侵入したストライガの系統からゲノムDNAを抽出し、全ゲノムシークエンス解析、トランスクリプトーム解析などを行った結果、タンパク質をコードする遺伝子34,577個を同定した。また、適応進化の過程において、ストライガは全ゲノム2倍化を2回起こすことで寄生に必要な遺伝子を獲得したこと、ストリゴラトン受容体ファミリーが著しく増えたことでさまざまな宿主を獲得したことが分かった。さらに、ストライガゲノムに宿主から「遺伝子の水平伝播」が起きた証拠も見つけた。
研究手法と成果
国際共同研究グループは、ストライガ（Striga asiatica）の系統からゲノムDNAを抽出し、次世代シークエンサーを用いて、全ゲノムシークエンス解析とアセンブリーを行った。さらに、トランスクリプトーム解析を行い、ゲノムアノテーションを完成した。その結果、タンパク質をコードする遺伝子34,577個を同定した。
詳しい解析により、適応進化の過程でストライガゲノムは、全ゲノム2倍化を2回起こしていることが分かった。これにより適応の自由度が増し、寄生に必要な遺伝子を獲得できたと考えられる。さらに、①寄生器官である吸器の獲得、②宿主による機能（水や栄養）により不必要になった遺伝子の削減が起きていることが分かった。また、宿主と寄生の関係性と特異性を規定する遺伝子の獲得に関わる遺伝子群も同定された。
ストライガの種子は、宿主由来のストリゴラクトンに応答して発芽し、宿主根に侵入するための特殊な侵入構造である吸器を発達させる。ただし、ストリゴラクトンの種類は宿主によって異なるため、それらを感知するにはそれぞれに対応した受容体が必要である。今回のゲノム解析から、ストリゴラクトン受容体ファミリーの数は、非寄生植物のシロイヌナズナでは1個しかないのに対し、ストライガでは21個にまで増えていたことが分かった。これにより、ストライガはさまざまな宿主を得ることができたと考えられる。また、非寄生植物において側根形成に関与する遺伝子が、ストライガにおける吸器発生中に誘導されることも判明した。これは、吸器の進化において、部分的にこの側根形成のシステムが使われるようになったことを示している。
さらに、ストライガのゲノム上に宿主由来のレトロトランスポゾンと宿主の遺伝子が発見された。これは、宿主からストライガに遺伝子情報が水平移動した証拠である。このことから、逆に寄生植物が農場でどのように進化しているのかが議論できる。
今後の期待
本研究でストライガの生命設計図である全ゲノム配列が決定したことは、ストライガによる寄生のメカニズムの解明に向けた大きな前進である。また、寄生植物が農場でどのように進化しているのかについてもモニターできるようになった。寄生植物の発芽誘導剤や阻害剤の探索など、新しい寄生植物防除の方法の開発につながり、ストライガによる農業被害の撲滅に貢献すると期待できる。
撲滅に期待される分子を開発
（2018年12月14日発表の論文）
名古屋大の研究チーム、土屋雄一朗特任准教授らは、ストライガの種は養分をほとんど蓄えておらず、発芽から4日以内に寄生できないと枯れてしまうことに注目した。近くに穀物があると勘違いして発芽の合図となる「ストリゴラクトン」という分子をまねた人工的な分子の開発に取り組んだ。1万2千種類の分子で実験して発芽を促すものを見つけ出し、さらに改良して「SPL77」という分子を開発。「琵琶湖の水量に小さじ１杯分」というきわめて薄い濃度でストライガを発芽させる一方、穀物の成長には影響しないことを確かめた。研究チームは来年、ケニアの農場で試験を始める。
◆ストライガ（Striga）
ストライガはトウモロコシやキビなどイネ科の穀物の根に寄生し、栄養や水分を吸い取って枯らせてしまう。アフリカのサバンナ地域の耕作地の40％に影響を与え、サハラ以南のアフリカだけで40万ヘクタールの耕作地に影響を与え、3億人の生活に影響しているとされる。「魔女の雑草」と恐れられる。
ストライガは、1個体につき50万の種子を生成し、種子は20年程度、土壌中に生存し続けることができる。種子の大きさは、200μm程度と小さく土壌に落ちた種の回収は困難である。一年草であり、種子の状態で越冬する。宿主の根から分泌される物質を検知すると発芽し、宿主の根の細胞に侵入するための吸器を発育させる。宿主の根から分泌される物質にはストリゴラクトンが含まれており、その物質がストライガの種子を発芽させるのを促進するシグナル伝達分子である。地下に寄生部を形成し、その状態で4～7週間を過ごし、その後、地上に出現し、開花し種子を生成する。種子は風、水、動物に付着する土壌によって容易に広がる。
ストライガの生活環の大半が地面下に行われるため、それに対する対策が困難である。地上部に現れる前に発見できない場合、作物の損失を低減することができない。
◆補足説明
〇全ゲノムシークエンス解析
次世代シーケンサーを使って、生物の全ゲノム情報を解読し、配列の違いや変化を同定すること。
〇トランスクリプトーム
ある状況下における、転写産物の全体像。ここではmRNAを対象にして解析をしている。
〇全ゲノム2倍化
生物のゲノム全体が倍化する現象。全遺伝子数が倍加することで、適応の自由度が増し、生物の多様性が生み出されると考えられている。
〇ストリゴラクトン
植物ホルモンの一種で、寄生植物の発芽誘導だけではなく、枝分かれや葉の老化など植物のさまざまな発生段階に作用する。これまでの研究から、KAI2dタンパク質群がストリゴラクトンの受容体であることが分かっている。
〇遺伝子の水平伝播
親子関係の無い個体間、または他生物間で起こる遺伝子の取り込み。
〇ソルガム
熱帯アフリカ原産のイネ科の一年草。生産面積ではコムギ、イネ、トウモロコシ、オオムギに次いで世界第5位である。乾燥に強く、熱帯では主食として用いられる。
〇維管束系
導管や師管などからなり、水や養分の通り道や、植物体の機械的支持に働く複合組織。
〇次世代シークエンサー
細かく断片化された大量のDNA配列を同時並行的に解析し、塩基配列を高速に決定することができる解析装置。
〇アセンブリー
次世代シークエンサーによって解読されたDNA断片配列をつなげて対象ゲノム配列を復元するコンピュータ処理のこと。
〇ゲノムアノテーション
ゲノム配列から、ある特定の領域が遺伝子か、遺伝子でない（非コード領域）かなどの注釈を付けること。
〇レトロトランスポゾン
DNA→RNAへの転写と、RNA→DNAへの逆転写によって増殖する性質を持つ遺伝因子。ゲノム上のレトロトランスポゾンが転写されてRNAになり、さらに逆転写酵素によりDNAに戻ることでゲノム中を移動しコピー数を増やす。
今日の天気は曇り～晴れ。気温は最高気温25℃程、急に寒くなって来た感じだ。・・散歩に上着が要るかな。
畑のお隣の畑でも、お花が咲いている。茎から多くの枝が伸びて先端に花径約6cmほどの大輪の花が付いている。”テイオウカイザイク（帝王貝細工）”の花だ。花弁はカサカサとした乾燥した麦わらを思わせる独特の花弁である。この花弁のように見える部分は、舌状花ではなく、総苞片である。花は中心部分の筒状花だけなのだ。
テイオウカイザイク（帝王貝細工）
別名：麦藁菊（むぎわらぎく）、ストローフラワー（strawflower）、ヘリクリサム
学名：Helichrysum bracteatum
キク科 ムギワラギク属
日本では半耐寒性一年草
原産地：オーストラリア
開花時期：秋まきは4月～6月、春まきは9月～10月
カサカサとした独特の花弁はドライフラワーとして最適
ストライガは主要な穀物に寄生し、収穫量を大幅に減らす有害植物であり、特にアフリカで深刻な被害をもたらしている。この問題の根本的な解決に向けてストライガの寄生メカニズムを理解するには、全ゲノム情報が必要。
国際共同研究グループは、1950年代に米国に侵入したストライガの系統からゲノムDNAを抽出し、全ゲノムシークエンス解析、トランスクリプトーム解析などを行った結果、タンパク質をコードする遺伝子34,577個を同定した。また、適応進化の過程において、ストライガは全ゲノム2倍化を2回起こすことで寄生に必要な遺伝子を獲得したこと、ストリゴラトン受容体ファミリーが著しく増えたことでさまざまな宿主を獲得したことが分かった。さらに、ストライガゲノムに宿主から「遺伝子の水平伝播」が起きた証拠も見つけた。
研究手法と成果
国際共同研究グループは、ストライガ（Striga asiatica）の系統からゲノムDNAを抽出し、次世代シークエンサーを用いて、全ゲノムシークエンス解析とアセンブリーを行った。さらに、トランスクリプトーム解析を行い、ゲノムアノテーションを完成した。その結果、タンパク質をコードする遺伝子34,577個を同定した。
詳しい解析により、適応進化の過程でストライガゲノムは、全ゲノム2倍化を2回起こしていることが分かった。これにより適応の自由度が増し、寄生に必要な遺伝子を獲得できたと考えられる。さらに、①寄生器官である吸器の獲得、②宿主による機能（水や栄養）により不必要になった遺伝子の削減が起きていることが分かった。また、宿主と寄生の関係性と特異性を規定する遺伝子の獲得に関わる遺伝子群も同定された。
ストライガの種子は、宿主由来のストリゴラクトンに応答して発芽し、宿主根に侵入するための特殊な侵入構造である吸器を発達させる。ただし、ストリゴラクトンの種類は宿主によって異なるため、それらを感知するにはそれぞれに対応した受容体が必要である。今回のゲノム解析から、ストリゴラクトン受容体ファミリーの数は、非寄生植物のシロイヌナズナでは1個しかないのに対し、ストライガでは21個にまで増えていたことが分かった。これにより、ストライガはさまざまな宿主を得ることができたと考えられる。また、非寄生植物において側根形成に関与する遺伝子が、ストライガにおける吸器発生中に誘導されることも判明した。これは、吸器の進化において、部分的にこの側根形成のシステムが使われるようになったことを示している。
さらに、ストライガのゲノム上に宿主由来のレトロトランスポゾンと宿主の遺伝子が発見された。これは、宿主からストライガに遺伝子情報が水平移動した証拠である。このことから、逆に寄生植物が農場でどのように進化しているのかが議論できる。
今後の期待
本研究でストライガの生命設計図である全ゲノム配列が決定したことは、ストライガによる寄生のメカニズムの解明に向けた大きな前進である。また、寄生植物が農場でどのように進化しているのかについてもモニターできるようになった。寄生植物の発芽誘導剤や阻害剤の探索など、新しい寄生植物防除の方法の開発につながり、ストライガによる農業被害の撲滅に貢献すると期待できる。
撲滅に期待される分子を開発
（2018年12月14日発表の論文）
名古屋大の研究チーム、土屋雄一朗特任准教授らは、ストライガの種は養分をほとんど蓄えておらず、発芽から4日以内に寄生できないと枯れてしまうことに注目した。近くに穀物があると勘違いして発芽の合図となる「ストリゴラクトン」という分子をまねた人工的な分子の開発に取り組んだ。1万2千種類の分子で実験して発芽を促すものを見つけ出し、さらに改良して「SPL77」という分子を開発。「琵琶湖の水量に小さじ１杯分」というきわめて薄い濃度でストライガを発芽させる一方、穀物の成長には影響しないことを確かめた。研究チームは来年、ケニアの農場で試験を始める。
◆ストライガ（Striga）
ストライガはトウモロコシやキビなどイネ科の穀物の根に寄生し、栄養や水分を吸い取って枯らせてしまう。アフリカのサバンナ地域の耕作地の40％に影響を与え、サハラ以南のアフリカだけで40万ヘクタールの耕作地に影響を与え、3億人の生活に影響しているとされる。「魔女の雑草」と恐れられる。
ストライガは、1個体につき50万の種子を生成し、種子は20年程度、土壌中に生存し続けることができる。種子の大きさは、200μm程度と小さく土壌に落ちた種の回収は困難である。一年草であり、種子の状態で越冬する。宿主の根から分泌される物質を検知すると発芽し、宿主の根の細胞に侵入するための吸器を発育させる。宿主の根から分泌される物質にはストリゴラクトンが含まれており、その物質がストライガの種子を発芽させるのを促進するシグナル伝達分子である。地下に寄生部を形成し、その状態で4～7週間を過ごし、その後、地上に出現し、開花し種子を生成する。種子は風、水、動物に付着する土壌によって容易に広がる。
ストライガの生活環の大半が地面下に行われるため、それに対する対策が困難である。地上部に現れる前に発見できない場合、作物の損失を低減することができない。
◆補足説明
〇全ゲノムシークエンス解析
次世代シーケンサーを使って、生物の全ゲノム情報を解読し、配列の違いや変化を同定すること。
〇トランスクリプトーム
ある状況下における、転写産物の全体像。ここではmRNAを対象にして解析をしている。
〇全ゲノム2倍化
生物のゲノム全体が倍化する現象。全遺伝子数が倍加することで、適応の自由度が増し、生物の多様性が生み出されると考えられている。
〇ストリゴラクトン
植物ホルモンの一種で、寄生植物の発芽誘導だけではなく、枝分かれや葉の老化など植物のさまざまな発生段階に作用する。これまでの研究から、KAI2dタンパク質群がストリゴラクトンの受容体であることが分かっている。
〇遺伝子の水平伝播
親子関係の無い個体間、または他生物間で起こる遺伝子の取り込み。
〇ソルガム
熱帯アフリカ原産のイネ科の一年草。生産面積ではコムギ、イネ、トウモロコシ、オオムギに次いで世界第5位である。乾燥に強く、熱帯では主食として用いられる。
〇維管束系
導管や師管などからなり、水や養分の通り道や、植物体の機械的支持に働く複合組織。
〇次世代シークエンサー
細かく断片化された大量のDNA配列を同時並行的に解析し、塩基配列を高速に決定することができる解析装置。
〇アセンブリー
次世代シークエンサーによって解読されたDNA断片配列をつなげて対象ゲノム配列を復元するコンピュータ処理のこと。
〇ゲノムアノテーション
ゲノム配列から、ある特定の領域が遺伝子か、遺伝子でない（非コード領域）かなどの注釈を付けること。
〇レトロトランスポゾン
DNA→RNAへの転写と、RNA→DNAへの逆転写によって増殖する性質を持つ遺伝因子。ゲノム上のレトロトランスポゾンが転写されてRNAになり、さらに逆転写酵素によりDNAに戻ることでゲノム中を移動しコピー数を増やす。
今日の天気は曇り～晴れ。気温は最高気温25℃程、急に寒くなって来た感じだ。・・散歩に上着が要るかな。
畑のお隣の畑でも、お花が咲いている。茎から多くの枝が伸びて先端に花径約6cmほどの大輪の花が付いている。”テイオウカイザイク（帝王貝細工）”の花だ。花弁はカサカサとした乾燥した麦わらを思わせる独特の花弁である。この花弁のように見える部分は、舌状花ではなく、総苞片である。花は中心部分の筒状花だけなのだ。
テイオウカイザイク（帝王貝細工）
別名：麦藁菊（むぎわらぎく）、ストローフラワー（strawflower）、ヘリクリサム
学名：Helichrysum bracteatum
キク科 ムギワラギク属
日本では半耐寒性一年草
原産地：オーストラリア
開花時期：秋まきは4月～6月、春まきは9月～10月
カサカサとした独特の花弁はドライフラワーとして最適