植物誘導性全身抵抗性
Plant defence mechanism against pathogens

誘導全身抵抗性（ISR ）は、感染によって活性化される植物の抵抗機構である。その作用機序は、侵入した病原体を直接殺したり阻害したりするのではなく、宿主植物の物理的または化学的バリアを高めることに依存する。[1]全身獲得抵抗性（SAR）と同様に、植物は感染が発生した場合、病原体や寄生虫などの侵入者に対する防御機構を獲得することができる。サリチル酸の蓄積によって引き起こされるSARとは対照的に、ISRはジャスモン酸とエチレンによって活性化されるシグナル伝達経路に依存する。[2]

発見

植物が病原体防御に対して誘導する抵抗性は1901年に特定され、「獲得抵抗性システム」として説明されました。その後、「獲得生理学的免疫」、「抵抗性置換」、「植物免疫機能」、「誘導システム抵抗性」など、様々な用語が用いられるようになりました。[3]植物にウイルス、細菌、真菌、その他の病害に対する抵抗性を誘導する刺激には、機械的要因（ドライアイスによる損傷、電磁波、紫外線、低温・高温処理など）、化学的要因（重金属塩、水、サリチル酸）、生物学的要因（真菌、細菌、ウイルス、およびそれらの代謝物）など、様々な形態が見出されています。[4]

作用機序

植物の誘導抵抗性には、SAR経路とISR経路という2つの主要な作用機序があります。SARは急速な局所反応、すなわち過敏反応を引き起こし、病原体は感染部位の小さな領域に限定されます。前述のように、サリチル酸はSAR経路の作用機序です。ISRはジャスモン酸（JA）作用機序によって植物の防御システムを強化します。どちらもNPR-1の効果に作用しますが、SARはPR遺伝子を利用します。2つの媒介応答は互いに制御的な影響を与えることに注意することが重要です。SA​​が上昇すると、JAの効果を阻害する可能性があります。両方の応答を活性化する際には、バランスを維持する必要があります。[5]

ISR応答は根圏細菌によって媒介される。これは、JA/ET防御に感受性のある壊死性病原体や昆虫食性草食動物に対して有効であることが示されており[6]、根圏細菌を介したISRの重要性は広く報告されている[7] [8] [9] 。

植物誘導性システム抵抗性の生物学的因子は、一般的に2つの大まかなカテゴリーに分類されます。すなわち、古典的な植物誘導性病害誘導抵抗性（PGPR）または植物成長促進菌類（PGPF）と、植物成長促進根圏細菌（PGPR）または植物成長促進菌類（PGPF）です。これらの違いは主に、後者が植物の成長を効果的に促進し、作物の収量を増加させると同時に、病害（場合によっては害虫を含む）に対する植物抵抗性を誘導（または増強）できるという点にあります。[10]

昆虫への影響

いくつかの研究では、有益な微生物が植物と昆虫の相互作用に悪影響を及ぼすことも報告されている。[11]

応用研究

現在までに、植物の全身抵抗性の誘導に関する研究では、植物の全身抵抗性の誘導に関する研究が基礎研究と応用研究に重要な意味を持つことが示されています。

メロン、タバコ、豆、ジャガイモ、イネにおける誘導抵抗性の応用は大きな成功を収めています。過去10年間で、誘導システム抵抗性の研究は非常に活発な研究分野となっています。[12]

ISR経路を人工的に活性化する方法は、活発な研究分野である。[13]植物システムの抵抗性を誘導する研究と応用は有望ではあるものの、植物病原体防除においてまだ主要な要因とはなっていない。総合的病害虫管理プログラムへの組み込みは、有望な結果を示している。根に生息する微生物によって引き起こされるジャスモン酸シグナル伝達の活性化による、葉を啄む害虫に対する防御に関する研究もある。[14]

ISRに関する研究は、(1)誘導因子の選択を体系的に改善する方法、(2)誘導因子の損傷、(3)誘導因子の多重効果現象、(4)化学的誘導因子が環境因子に及ぼす影響、(5)多変量生物学的誘導因子の集団安定性の確立など、多岐にわたります。ISR研究は、主に農薬使用への対応によって推進されており、その主な要因としては、1)病原体の農薬耐性の増加、2)より毒性の高い農薬の一部を市場から排除する必要性、3)農薬使用の影響による健康と環境問題、4)特定の農薬が一部の病原体を制御できないことなどが挙げられます。[15]

参照

参考文献

  1. ^ Choudhary, Devendra K.; Prakash, Anil; Johri, BN (2007年12月). 「植物における誘導全身抵抗性（ISR）：作用機序」. Indian Journal of Microbiology . 47 (4): 289– 297. doi :10.1007/s12088-007-0054-2. PMC 3450033.  PMID 23100680  .
  2. ^ Yan, Zhinong; Reddy, M.S.; Ryu, Choong-Min; McInroy, John A.; Wilson, Mark; Kloepper, Joseph W. (2002年12月). 「植物成長促進性根圏細菌によるトマト疫病に対する誘導全身防御」. Phytopathology . 92 (12): 1329– 1333. Bibcode :2002PhPat..92.1329Y. doi : 10.1094/phyto.2002.92.12.1329 . PMID  18943888.
  3. ^ Conrath U (2006年7月). 「全身獲得抵抗性」. Plant Signaling & Behavior . 1 (4): 179– 84. Bibcode :2006PlSiB...1..179C. doi :10.4161/psb.1.4.3221. PMC 2634024. PMID 19521483  . 
  4. ^ Walters, Dale R.; Ratsep, Jaan; Havis, Neil D. (2013年3月). 「誘導抵抗性を用いた作物病害の防除：将来への課題」. Journal of Experimental Botany . 64 (5): 1263– 1280. doi : 10.1093/jxb/ert026 . PMID  23386685.
  5. ^ Traw, M. Brian; Bergelson, Joy (2003年11月1日). 「シロイヌナズナにおける毛状突起の誘導に対するジャスモン酸、サリチル酸、ジベレリンの相互作用的影響」. Plant Physiology . 133 (3): 1367– 1375. doi :10.1104/pp.103.027086. PMC 281631. PMID 14551332  . 
  6. ^ Pieterse, Corné MJ; Zamioudis, Christos; Berendsen, Roeland L.; Weller, David M.; Van Wees, Saskia CM; Bakker, Peter AHM (2014年8月4日). 「有益微生物による誘導全身抵抗性」. Annual Review of Phytopathology . 52 (1): 347– 375. Bibcode :2014AnRvP..52..347P. doi :10.1146/annurev-phyto-082712-102340. hdl : 1874/297859 . PMID  24906124. S2CID  207551516.
  7. ^ ピータース、コルネMJ;ヴァン・ペルト、ヨハン・A.ヴァン・ウィーズ、サスキアCM。トン、ジュリアン。レオン・クロステルツィール、カレン・M.ケウレンチェス、ジュースト JB。フェルハーゲン、バス WM;マルガ・クノスター。ファン デル スルイス、イエンツェ;バッカー、ピーター AHM。ヴァン・ルーン、LC (2001)。 「根粒菌媒介誘発全身性抵抗性：誘発、シグナル伝達および発現」。欧州植物病理学ジャーナル。107 (1): 51–61。書誌コード:2001EJPP..107...51P。土井:10.1023/a:1008747926678。hdl : 1874/7715。S2CID  24450948。
  8. ^ Siddiqui, IA; Shaukat, SS (2002年9月). 「トマトにおける 根圏細菌を介したネコブセンチュウに対する全身抵抗性（ISR）の誘導」. Journal of Phytopathology . 150 ( 8–9 ): 469– 473. Bibcode :2002JPhyt.150..469S. doi :10.1046/j.1439-0434.2002.00784.x.
  9. ^ Bakker, PAHM; Ran, LX; Pieterse, CMJ; van Loon, LC (2003年3月). 「植物病害の生物的防除における根圏細菌を介した全身抵抗性誘導の関与の理解」. Canadian Journal of Plant Pathology . 25 (1): 5– 9. Bibcode :2003CaJPP..25....5B. doi :10.1080/07060660309507043. hdl : 1874/7767 . S2CID  15977931.
  10. ^ Beneduzi, Anelise; Ambrosini, Adriana; Passaglia, Luciana MP (2012). 「植物成長促進根圏細菌（PGPR）：拮抗薬および生物防除剤としての可能性」. Genetics and Molecular Biology . 35 (4 suppl 1): 1044– 1051. doi :10.1590/S1415-47572012000600020. PMC 3571425. PMID  23411488 . 
  11. ^ Pineda, Ana; Dicke, Marcel; Pieterse, Corné MJ; Pozo, María J. (2013年6月). 「変化する環境における有益微生物：それらは常に植物の昆虫対策に役立っているのか？」.機能生態学. 27 (3): 574– 586. Bibcode :2013FuEco..27..574P. doi :10.1111/1365-2435.12050. hdl : 1874/276314 .
  12. ^ Heil, M. (2002年5月1日). 「誘導植物防御における病原体に対する誘導全身抵抗性（ISR）」. Annals of Botany . 89 (5): 503– 512. doi :10.1093/aob/mcf076. PMC 4233886. PMID 12099523  . 
  13. ^ Welling, Linda L (2001年10月). 「誘導抵抗性：基礎から応用まで」 . Trends in Plant Science . 6 (10): 445–7 . Bibcode :2001TPS.....6..445W. doi :10.1016/S1360-1385(01)02046-5. PMID  11686134.
  14. ^ Jung, Sabine C.; Martinez-Medina, Ainhoa; Lopez-Raez, Juan A.; Pozo, Maria J. (2012年6月). 「菌根誘導抵抗性と植物防御のプライミング」. Journal of Chemical Ecology . 38 (6): 651– 664. Bibcode :2012JCEco..38..651J. doi :10.1007/s10886-012-0134-6. hdl : 10261/344431 . PMID:  22623151. S2CID  : 12918193.
  15. ^ サディク・トゥズン、エリザベス・ベント（2006年10月26日）「植物における多遺伝子性および誘導性全身抵抗性」シュプリンガー・サイエンス＆ビジネス・メディアISBN 978-0-387-23266-9。
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