拮抗作用（植物病理学）
他の生物の機能に害を及ぼしたり妨害したりする生物の行動

植物病理学における拮抗作用は、ある生物が有害な細菌や真菌などの植物病原体の成長を阻害したり遅らせたりするときに発生します。[1]ほとんどの植物はさまざまな病原体を宿すことができ、多くの場合、複数の種に同時に感染します。 [2]生態学では、同じ資源をめぐって競合する種は、2つの方法で互いに影響を与えます。1つの病原体が別の病原体に害を及ぼす拮抗作用と、1つの病原体が別の病原体の成長を促進する相乗作用です。[3]

拮抗作用は、植物を病気から守るための自然な方法としてしばしば用いられます。これは、空間や栄養素をめぐる競争、ある病原体が別の病原体を抑制するために毒素やシデロフォアを産生すること、 [4]宿主抵抗性の誘導、あるいはエンドウ豆のアスコヒタ 疫病複合体[5]で実証されているように、病原体の生育や繁殖を阻害するその他のプロセスなど、様々なメカニズムを通じて起こります。

機構

抗生物質

抗生物質のメカニズムは、2つの生物間の相互作用に関係しており、一方の生物が毒素、酵素、抗生物質などの物質を産生し、それが別の生物、特に病原体に害を及ぼす。[6]これらの相互作用により、病原体の生存能力が低下し、病気の蔓延が抑制され、植物保護が強化される。例えば、拮抗微生物はキチナーゼなどの溶解酵素を産生し、真菌性病原体の細胞壁を分解して、その増殖を効果的に阻害する。[7] [8]もう1つの例は、クラドスポリウムに対して拮抗作用を示す緑膿菌[9]である。このような微生物は、正常な成長プロセスを変化させる抗生物質を産生することが多いため、実用上非常に重要である。

過剰寄生

過剰寄生のメカニズムは、ある生物（典型的には真菌）が別の病原菌を直接攻撃する寄生関係である。[7]過剰寄生菌は宿主と物理的に相互作用し、細胞壁を貫通して栄養分を吸収する。一例として、過剰寄生菌であるCladosporium cladosporioidesが挙げられ、これは小麦条さび病の病原菌であるPuccinia striiformis f. sp. tritici （Pst）に寄生する。[10]

耐性の誘導

拮抗作用における耐性誘導とは、拮抗細菌が生化学的変化（病原性関連タンパク質や抗菌化合物の産生など）を通じて宿主の防御機構を活性化し、それによって植物の病原体に対する局所的または全身的な免疫力を高める能力を指す。[11]例えば、枯草菌は、病原性関連タンパク質や抗菌化合物の産生を誘導することで植物に全身耐性を誘導し、灰色カビ病菌などの真菌性病原体に対する保護を提供する。[12]

栄養と空間をめぐる競争

資源をめぐる競争は、拮抗細菌が宿主に定着し、植物病原体と競合して、スクロース、フルクトース、グルコースなどの炭素源などの必須栄養素を奪い合うことで発生します。その結果、胞子の 発芽と病原体の宿主への侵入能力が低下します。[13]例えば、酵母拮抗菌であるロドトルラ・グルティニスは、シデロフォアを産生することで、鉄などの重要な微量栄養素を病原体から奪います。[14]

農業における応用

植物病害は通常、合成農薬を使用して管理されますが、その使用は環境汚染、生物多様性の減少、病原体の耐性の発達、および人間と動物の健康へのリスクにつながる可能性があります。[15]拮抗作用は農業において、特に植物病原体を管理し、合成農薬への依存を減らすための生物学的防除剤（BCA）の開発において重要な役割を果たしています。 [16]酵母や細菌などの多数の微生物拮抗物質は、植物病害を制御する可能性を目的として、土壌、植物、堆肥、海洋などのさまざまな環境から分離されています。 たとえば、ガラナの種子や根圏土壌の中に見られる内生微生物は、有害な病原体と戦う能力が示されており、BCAの有望な候補となっています。

BCAは、柑橘類、バナナ、桃、イチゴなどの作物を保護するために、収穫前と収穫後の両方の段階で使用されます。[17] [18]バナナのBurkholderia spinosaや柑橘類のPantoea agglomeransなどの拮抗微生物を収穫前に使用することで、 Penicillium digitatumやColletotrichum acutatumなどの病原体によって引き起こされる病気を減らすことに成功しました。[19] [20] さらに、BCAをキトサンや重炭酸塩などの抗菌化合物と組み合わせると、その効果が向上し、作物の収量が向上することが示されています。[21]

収穫後の段階では、微生物拮抗剤を噴霧または溶液への浸漬によって果物に直接散布する。[22] Bacillus subtilis、Pantoea agglomerans、Serratia plymuthicaなどのいくつかの細菌株は、貯蔵中の真菌の増殖を抑制し、病気を制御するために効果的に使用されている。[23]

全体として、BCAは合成農薬に代わる持続可能な代替手段を提供し、効果的な植物保護を提供します。[24]しかし、その有効性を高め、高コストや商業的実現可能性の限界などの課題に対処するためには、継続的な研究開発が不可欠です。

参考文献

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