1. 感染時特異的な細胞壁多糖分布の再構成

糸状菌（子嚢菌，担子菌）において，キチンやβ-1,3-グルカンは細胞壁の必須構成多糖であり，菌体のコア構造を形成している．これに対して，植物はキチンやβ-1,3-グルカンの分解酵素をもち，これらの酵素により体内に侵入してきた糸状菌を直接攻撃する．さらに植物には，植物にはない病原菌由来の非自己物質（たとえば，細胞壁キチンの分解産物など）を異物として認識する自然免疫（PTI: pattern-triggered immunity）が備わっており，病原菌の侵入に対して抗菌物質・酵素などの生産を誘導して妨害する．イネいもち病菌は，付着器からイネ体内に侵入するが，侵入菌糸を無事に形成するためには上記のような植物の防御システムから身を守る必要がある．イネいもち病菌侵入菌糸の細胞壁を構成する多糖の分布を組織化学等の手法を用いて観察しところ，カバーガラス上で発芽したイネいもち病菌では細胞壁のキチンとβ-1,3-グルカンがはっきりと検出できるが（図2A図2■イネいもち病菌細胞壁の構成多糖の分布），侵入菌糸ではα-1,3-グルカンが顕著に検出されるもののキチンとβ-1,3-グルカンが検出されなくなっていた．ところが，侵入菌糸をα-1,3-グルカン分解酵素で処理すると，キチンとβ-1,3-グルカンが再び検出されるようになった（図2B図2■イネいもち病菌細胞壁の構成多糖の分布）．さらに侵入菌糸の細胞壁中のβ-1,3-グルカンとα-1,3-グルカンの位置関係を免疫電顕法で解析したところ，α-1,3-グルカンがβ-1,3-グルカンに比べ，細胞壁のより外側に位置することが確認された．また，α-1,3-グルカン合成遺伝子が破壊されたイネいもち病菌では付着器からの侵入菌糸の形成に失敗した．これらの結果は，植物感染時に特異的にα-1,3-グルカンが細胞壁表面に蓄積して細胞壁のキチンとβ-1,3-グルカンを覆い隠すということ，イネへの最初の侵入にはα-1,3-グルカンが必要であるということを示す⁽⁵⁾5) T. Fujikawa, Y. Kuga, S. Yano, A. Yoshimi, T. Tachiki, K. Abe & M. Nishimura: Mol. Microbiol., 73, 553 (2009).．さらに，感染時特異的に細胞壁表層にα-1,3-グルカンが蓄積しキチンを覆い隠すという現象はイネの重要病害である子嚢菌類のゴマ葉枯病菌（Bipolaris oryzae）および担子菌類の紋枯病菌（Rhizoctonia solani AG1-1A）でも観察され，分類学上の門を越えて共通した機構であることが分かった（図3図3■イネゴマ葉枯病菌，イネ紋枯技病菌における細胞壁多糖の分布）⁽⁶⁾6) T. Fujikawa, A. Sakaguchi, Y. Nishizawa, Y. Kouzai, E. Minami, S. Yano, H. Koga, T. Meshi & M. Nishimura: PLoS Pathog., 8, e1002882 (2012).．

図2■イネいもち病菌細胞壁の構成多糖の分布

（A）カバーガラス上，（B）イネ細胞内イネの細微内では菌糸細胞壁の表面をα-1,3-グルカンが覆う．Fujikawa et al., Mol. Microbiol., 2009より図を改変．

図3■イネゴマ葉枯病菌，イネ紋枯技病菌における細胞壁多糖の分布

Fujikawa et al., Plos Pathogen, 2012より図を改変．

イネをはじめとした多くの植物ゲノム中に，α-1,3-グルカン分解酵素遺伝子は見つかっていない．そこで，バクテリア由来のα-1,3-グルカン分解酵素遺伝子をイネに導入し，イネいもち病菌，ゴマ葉枯病菌，門枯病菌を接種したところ，感染が抑制されることが確認された．以上の知見を総合し，さまざまなイネ病原性糸状菌がイネにとって難分解性のα-1,3-グルカンで鎧のように細胞壁表層を覆うことにより，植物の細胞壁分解酵素から菌体を保護するとともに植物の事前免疫（PTI）を回避して植物体内に忍び込むと考えられた^{(5, 6)}5) T. Fujikawa, Y. Kuga, S. Yano, A. Yoshimi, T. Tachiki, K. Abe & M. Nishimura: Mol. Microbiol., 73, 553 (2009).6) T. Fujikawa, A. Sakaguchi, Y. Nishizawa, Y. Kouzai, E. Minami, S. Yano, H. Koga, T. Meshi & M. Nishimura: PLoS Pathog., 8, e1002882 (2012).．

1. イネいもち病菌の認識する植物由来の化合物

イネ病原性糸状菌ではα-1,3-グルカンによる細胞壁保護が植物感染時に特異的に起きたことから，植物由来の因子の認識がα-1,3-グルカンの蓄積誘導に関与していると考えられた．イネいもち病菌では，スライドガラスは付着器の誘導表面ではないが，クチクラワックスの構成成分の1つである1,16-hexadecanediol（以下，クチクラワックス）を添加すると，付着器形成を誘導する．そこで，イネ病原性糸状菌におけるクチクラワックス添加によるα-1,3-グルカンの細胞壁表面への蓄積誘導を確認した．カバーガラス上では図3図3■イネゴマ葉枯病菌，イネ紋枯技病菌における細胞壁多糖の分布に示したようにイネいもち病菌，イネゴマ葉枯病菌，イネ紋枯病菌のいずれの菌においてもα-1,3-グルカンの細胞壁表層への蓄積が検出できない．しかし，イネいもち病菌ではクチクラワックスの添加によりα-1,3-グルカンの蓄積が検出された（図4図4■イネイモチ病菌における，クチクラワックスによるα-1,3-グルカン蓄積の誘導）．さまざまなシグナル伝達経路にかかわる遺伝子を欠損もしくは変異させたイネいもち病菌の菌株を用いた解析から，付着器形成に誘導にかかわるヘテロ3両体Gタンパク質シグナルはα-1,3-グルカンの蓄積には関与せず，CWI（Cell Wall Integrity）MAPキナーゼ（MAPK）に属するMps1 MAPK経路がクチクラワックスの添加により活性化し，1,3-グルカンの蓄積を誘導することが見いだされた⁽⁵⁾5) T. Fujikawa, Y. Kuga, S. Yano, A. Yoshimi, T. Tachiki, K. Abe & M. Nishimura: Mol. Microbiol., 73, 553 (2009).． CWI MAPKは酵母や糸状菌などの真核微生物において細胞壁の異常を感知すると活性化し，細胞壁の修復などを促す役割をもつ⁽⁷⁾7) A. Yoshimi, K. Miyazawa & K. Abe: Biosci. Biotechnol. Biochem., 80, 1700 (2016).．これらの結果から，イネいもち病菌はクチクラワックスをもったものを認識すると感染の準備をする，すなわち植物由来の化合物で宿主植物かどうかを見分けているのではないかと推測した．

図4■イネイモチ病菌における，クチクラワックスによるα-1,3-グルカン蓄積の誘導

Fujikawa et al., Mol. Microbiol., 2009より図を改変．

2. 多犯性植物炭疽病菌（Colletotrichum fioriniae）の認識する植物由来の化合物

さらに，さまざまな双子葉植物に感染できる多犯性の植物炭疽病菌（C. fioriniae）を用いて，α-1,3-グルカン蓄積誘導活性をもつ植物因子の探索を行った．イネ科植物にしか感染しないイネいもち病菌と異なり，宿主範囲が広い多犯性炭疽病菌では植物が共通してもつ因子を認識している可能性が高い．C. fioriniaeもイネいもち病菌同様，カバーガラス上で付着器を形成するが，α-1,3-グルカンの蓄積はみられない．カバーガラス上でのα-1,3-グルカンの蓄積を指標に，宿主植物の1つであるニンジンからC. fioriniaeに対して誘導活性をもつ化合物を単離したところ，植物が広くもっているカロテノイドであるルテインが強い誘導活性を示すことを見いだした．しかし，ルテインに近い化学構造をもつβ-カロテンや，イネいもち病菌に対してα-1,3-グルカン蓄積誘導活性を示すクチクラワックスに対してはC. fioriniaeでのα-1,3-グルカン蓄積誘導は見られなかった（図5図5■ルテインによる多犯性植物炭疽病菌でのα-1,3-グルカン表層蓄積誘導）．つまり，病原性糸状菌には植物由来の特定の化合物の化学構造を認識するメカニズムがあり，菌がこの化合物を認識するとα-1,3-グルカンが表層に蓄積され，植物への感染準備を行うことが強く示唆された⁽⁸⁾8) J. Otaka, S. Seo & M. Nishimura: Molecules, 21, 980 (2016).．

図5■ルテインによる多犯性植物炭疽病菌でのα-1,3-グルカン表層蓄積誘導

Otaka et al., Molecules, 2016より図を改変．