Pseudomonas chlororaphis-色づく植物保護細菌

誌名誌名 土と微生物

ISSNISSN 09122184

巻/号巻/号 731

掲載ページ掲載ページ p. 24-33

発行年月発行年月 2019年4月

農林水産省 農林水産技術会議事務局筑波産学連携支援センターTsukuba Business-Academia Cooperation Support Center, Agriculture, Forestry and Fisheries Research CouncilSecretariat

土と微生物 (SoilMicroorganisms) Vol. 73 No. 1, pp. 24-33 (2019)

総説

Pseudomonas chlororaphis一色づく植物保護細菌

染谷信孝 l* . 諸星知広 2

1農研機構・野菜花き研究部門，〒305-8519 茨城県つくば市観音台 3-1-1

2宇都宮大学大学院工学研究科，〒321-8585 栃木県宇都宮市陽東 7-1-2

Pseudomonas chlororaphis-multicoloured plant-protecting bacterial species

Nobutaka Someya1* and Tomohiro Morohoshi2

1 Institute of Vegetable and Floriculture Science, National Agriculture and Food Research Organization,

3-1-1 Kannondai, Ibaraki 305-8519, Japan

2Graduate School of Engineering, Utsunomiya University, 7-1-2 Yoto, Utsunomiya, Tochigi 321-8585, Japan

Key words: antibiotics, biological control, phenazines, Pseudomonas chlororaphis, soil-borne plant pathogen

1 . Pseudomonas chlororaphisとは

1.1. 生態と植物保護能力

Pseudomonas属細菌は土壌，水圏動植物体を含む様々な

環境に広く生息しているグラム陰性梓苗である。 2018年 1

月時点における Pseudomonas属の有効種名は 252種（実質的

にはおおよそ 185種）であり，その中の 5種において亜種

(subspecies) が認められている。グラム陰性細菌中では最大

の属である (Gomilaet al., 2015)。その中の 1種， Pseudomonas

chlororaphisは，土壌もしくは植物根圏に生息する非病原性細

菌である。籠者らも本種が植物根部からの分離頻度が高いこ

とを確認している (Someyaet al., 2012)。ごく稀ではあるが

人畜または魚類の日和見病原細菌として分離される事例もあ

る (Facconeet al., 2014 ; Hatai et al., 1975)。本種からは，植物

に対する生育促進能や，植物病害や線虫害，更には魚病や食

中毒原因細菌を抑える能力を示す菌株が数多く報告されてい

る (Bardaset al., 2009 ; Bolwerk et al., 2003 ; Deng et al., 2015 ;

Egamberdieva, 2012 ; Gobeli et al., 2009 ; Hu et al., 2014 ;

Johnsson et al., 1998 ; Olanya et al., 2015 ; Rovera et al., 2014)。

その中には既に海外で微生物剤として市販化されている菌株

も存在する (Andersonand Kim, 2018)。

1.2. 構成亜種と色素生産

さて，環境中には様々な色とそれを表現する言葉が存在す

る。例えば，「赤色」，「黄色」，「緑色」という言葉からは何

が連想されるだろうか。信号機？国旗？食品バランス？正解

が出るはずもないが， これはある同一細菌種の学名（亜種名）

を並べたものである。

2019年 1月 12日受付 2019年2月3日受理

* Corresponding author. E-mail: someyan@affrc.go.jp

現在， Pseudomonaschlororaphisは4つの亜種で構成されて

いる。元々, P. chlororaphisに亜種はなかったが， Peixら (2007

年）の再定義により， P.aurantiacaおよびP.aureof aciensの二

種がP.chlororaphisの亜種とされ，それぞれP.chlororaphis subsp.

aurantiacaおよびP.chlororaphis subsp. aureofaciensとされ，従

来のP.chlororaphisはP.chlororaphis subsp. chlororaphisとなった。

各亜種の学名の由来に着目すると興味深い。 P.chlororaphis

subsp. aurantiacaの亜種名 aurantiacaは「aurantiaca= orange-

coloured」を意味し，本亜種が産生する橙色のフェナジン色

素に由来する。更に P.chlororaphis subsp. aureofaciensの亜種名

aureofaciensは「golden-producing=aureus (golden) + faciens

(producing)」を意味し，本亜種が産生する黄色フェナジン

色素に由来する。そして P.chlororaphis subsp. chlororaphisの

chlororaphis ti, 「agreen needle= chlorus (green) + raphis (a

needle)」を意味し，これは本亜種が産生する緑色フェナジン

色素に由来する。 P.chlororaphis種の構成亜種は，元々別種が

同一種に統合されたわけだが，偶然にも「赤（橙）色」，「黄

色」，「緑色」を意味する種名を付けられていたわけである。

生物の学名は命名者が自由につけることができる（森・ 仲

川， 2011)。3種の統合は分子系統解析に基づくことであり，

元の種名の由来や意味などは考慮されていない。偶然の結び

つきではあるが，このような偶然は興味深い。そして，残る

P. chlororaphis subsp. pisciumは3種の統合後に新亜種として提

案された。亜種名 pisciumは「of/fromfishes = piscis (fish)」を

意味し，基準株が淡水魚から単離されたことに由来する (Burr

et al., 2010)。図 1にP.chlororaphis各亜種基準株のコロニー外

観を示した。色素産生能は培地成分や培養条件で変動するた

め，必ずしも命名通りのイメージではないが，色素を産生す

る細菌種であることは分かる。

1.3. フェナジン化合物とその生理作用

本種が産生している色素はフェナジン化合物である。他に

染谷 ・諸星 25

も黄緑色の蛍光性色素産生も認められている。フェナジン化

合物は 自然界では構造が異なる 100以上の物質が見出されて

お り，更に 6,000以上の類縁化合物が人為的に合成 されてい

る。 現在自然界由来のフェナジ ン化合物は細菌由来のみが

知 られている (Piersonand Pierson, 2010)。また， フェナジ ン

化合物はPseudomonaschlororaphis以外の細菌種も産生する。

Pseudomonas属内では P.aeru, 肛nosaや P.fluorescens (P. synxantha) ,

P. oryzihabitansなど， 他属では Burkholderia属， Erwinia属，

Pantoea属等のグラム陰性細菌に加えて，グラム陽性細菌で

ある放線菌目などがフェナジン化合物を産生することが報告

されている (Giddensand Be狙1,2007 ; Guttenberger et al., 2017 ;

Kapsalis et al., 2008 ; Laursen and Nielsen, 2004)。図 2に細菌が

産生するフェ ナジン化合物の一部を示した。Pseudomonas属

細菌が産生するフェナジン化合物はフェナジンカルボン酸

(PCA : phenazine-1-carboxylic acid)およびphenazine-1-carboxamide

(PCN)などの類縁体であり， 比較的シンプルな構造である

嗚9,9. ．

．

P. c. subsp. P. c. subsp. P. c. subsp. P. c. subsp. StFRB508 aurantiaca aureofaciens ch/ororaphis piscium

図 1 Pseudomonas chlororaphisの培養菌体および産生色素。写真上段 ：StFRBSOS株および各亜種基準株 (P.chlororaphis subsp. aurantiaca LMG 21630T, P. chlororaphis subsp. aureofaciens ATCC 13985T, P. chlororaphis subsp. chlororaphis DSM 50083 TおよびP.chlororaphis subsp. piscium DSM 21509りをKing's B寒天培地，25℃ で 14日間培養したもの。写真下段 ：LB寒天培地，25℃ で7日間培養したコロニー裏側。Bar=1 cm。

二口Phenazine-1-

carboxylic acid

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l Aeruginosin A D-alanylgriseoluteic NH2

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lodinin Endophenazine A Esmeraldin A

図2 細菌が産生するフェナジン化合物例。Pseudomonaschlororaphisを含む Pseudomonas属等が産生する phenazine-1-carboxylicacid, 緑膿菌 Paeruginosaが産生する aeruginosinA, Erwinia属が産生する D-alanylgriseoluteicacid, Streptomyces属等が産生する iodinin,endophenzine AおよびesmeraldinA (Abu et al., 2013 ; Giddens and Bean, 2007 ; Guttenberger et al., 2017 ; Rui et al., 2012 ; Sakl1tah et al., 2016)。

26 Pseudomonas protegens一色づく植物保護細菌

(Laursen and Nielsen, 2004)。一方フェナジン化合物中に

は同一物質を別の名称で示す場合や混合物の場合もある。

例えば， PCAはtubermycinBもしくは shenqinmycin, PCN

はoxychlororaphineと呼ばれる。また， PCNとそのジヒド

ロ誘導体の混合物は chlororaphine(chlororaphin) と呼ば

れる場合があり，混乱をきたすことがある (Berdy,1974)。

フェナジン化合物はその構造により異なる色を呈する。例

えば. PCAは黄色， 2-hydroxy-PCA(20H-PCA) はオレン

ジ～赤煉瓦色. PCNは緑色， ピオシアニン (PYO: pyocyanine

= 5-N-methyl-1-hydroxyphenazine) は青緑～青色， iodinin

(1,6-dihydroxyphenazine 5,10-N-dioxide) は紫色など様々であ

る (TurnerJM and Messenger JM, 1986 ; Mavrodi et al., 2006)。

P. chlororaphis 3亜種の種名は，このようなフェナジン色素の

色の違いに由来する。人間の目で識別されるこれらの色の違

いが細菌にとって意味をもつのかは不明であるが，これら

フェナジン化合物の特性はその構造で異なり，細胞毒性の他，

シグナル物質や電子伝達体など様々な生理活性を有している

ため，細菌自身にも，さらには周囲の生物に対しても重要な

役割を果たしていることが徐々に分かってきた。

Pseudomonas chlororaphis種が産生するフェナジン化合物は

PCA, PCN, 20H-PCAおよび2-hydroxyphenazine(20H-PHZ)

である。これらは多くの植物病原微生物に対して抗菌活性を

示す。世界各地に土壌病害の被害が軽減される発病抑止土壌

と呼ばれる地域が存在しているが，一部地域ではフェナジン

化合物を産生する Pseudomonas属細菌の密度が高いことが報

告されている (Mazurieret al., 2009)。また，フェナジン産生

細菌例えばP.chlororaphis subsp. aureof aciensにとっては，フェ

ナジン化合物がバイオフィルム形成能に関与することが分

かっており，土壌や根圏における定着能に関わっている可能

性が指摘されている (Wanget al., 2016; Yu et al., 2018)。更に，

フェナジン化合物を含む本種代謝産物が植物体に対する病

害抵抗性の誘導因子として機能することも報告されている

(Han et al., 2006 ; Kang et al., 2007 ; Kim et al., 2008)。このよ

うなフェナジン化合物自体の抗菌活性および産生細菌や植物

体への生理的作用などが組み合わさり，植物保護効果につな

がると考えられている。

このように．フェナジン化合物は P.chlororaphisの植物保

護効果における主要因であるが，全ての植物病害に効果があ

るわけではない。フェナジン化合物はその構造によって作用

スペクトラムが異なる。そのため．該当するフェナジン化

合物に対して感受性が低い植物病原菌または植物病原細菌

に対しては当然ながら抗菌活性や植物保護効果は示さない

(Chin-A-Woengeta1., 1998; Yeetal.,2010)。更に P.chlororaphis

は常にフェナジン化合物を産生しているわけではない。まず．

フェナジン化合物を含む本種の二次代謝産物生合成には，

様々な環境条件が影轡する (Chin-A-Woenget al., 2001b ; Shtark

et al., 2003 ; van Rij et al., 2004)。また， 自然界で本種と共在

する他の微生物にとって，細胞毒性を有する物質は有害であ

る。そのため，周囲の微生物も対抗策を備えている場合があ

る。植物病原体や植物関連微生物の中にはフェナジン化合物

に対して耐性能を有しているものや．積極的にフェナジン産

生を阻害するものが見出されている (Duffyet al., 2003 : Giddens

et al., 2002 : Li et al., 2016 : Morello et al., 2004 ; van Rij et al.,

2005)。このような環境条件や生物間相互作用の影響下で，

様々な条件が一致した場合に， P.chlororaphisが植物保護効果

を発揮することができる。

1.4. フェナジン生合成遺伝子群

フェナジン化合物を産生する細菌属種が幅広いことは既に

述べた。フェナジン生合成遺伝子群は比較的保存性が高く，

これまで見出されたフェナジン産生細菌のほぼ全てで，シキ

ミ酸経路を経て PCAまでの生合成酵素群 (PhzB- PhzG) が

保存されている（図 3)。本種 Pseudomonaschlororaphisにお

いては菌株によって， PhzHまたは PhzOなどのアクセサリー

遺伝子を保有している場合がある。これらは PCAを修飾し，

PCNや20H-PCAなどに変換する (Biessyand Filion, 2018 : Bilal

et al., 2017 ; Delaney et al., 2001 ; Mavrodi et al., 2006, 2010)。ま

た，緑膿梢 P.aeruginosaでは更に PhzMやPhzSにより， PYO

やaeruginosinなどに変換されていく (Sakhtahet al., 2016)。こ

のようなアクセサリー遺伝子の有無は，本種菌株の植物保護

効果を左右することが指摘されている。例えば， P.chlororaphis

subsp. aureofaciens 30-84株は， PCAを産生してコムギ立枯病

等を抑制するが， トマト根腐萎凋病は抑制できない。逆に P.

chlororaphis PCL1391株は PCNを産生してトマト根腐萎凋病

を抑制するが，コムギ立枯病は抑制できない。これは， PCA

とPCN, それぞれの抗菌活性の違いによるものであり，防除

可能な植物病害との間に明確な関連性が認められる。 Chin-

A-Woengら (2001a) は，本来， phzHを保有しないP.chlororaphis

subsp. aureofaciens 30-84株に， phzH遺伝子を導入した組換え

株は PCNを産生し，野生株が抑制できないトマト根腐萎澗

病に対して防除効果を獲得することを報告している。

フェナジン生合成遺伝子群は細菌に広く分布しているが，

必ずしも系統分類学的に近い種間に保存されているわけでは

ない。現在ではフェナジン化合物生合成遺伝子群 (phzA-

phzG) が属種を越えた水平伝搬により獲得されてきたこと

が支持されている (Fitzpatrick,2009 : Gomila et al., 2015 ; Mavrodi

et al., 2010)。但し，本種の一部細梢株で見られる phzHや

phzOなどのアクセサリー遺伝子の由来などについてはまだ

不明な部分が多い。また，本種を含めてフェナジン生合成遺

伝子群は基本的にゲノム上に存在しているが，一部細菌では

プラスミド上に座乗している場合もある (Ruiet al., 2012 :

Salman, 2010)。

1.5. クオラムセンシングシステム

さて，筆者らの研究グループでは微生物殺菌剤，いわゆる

植物保護細菌の研究を進めてきた。ジャガイモ根部から分離

したアシル化ホモセリンラクトン (AHL) を産生する蛍光性

Pseudomonas属細菌， StFRB508株がフェナジン化合物を産生

して植物病害を抑制することを見出した (Someyaet al., 2009 ;

Morohoshi et al., 2014; 2017)。Pseudomonaschlororaphisのフェ

ナジン生合成と AHLを介したクオラムセンシング (QS) シ

ステムの関係については既に先行研究が進んでおり， P.

染谷 ・諸星 27

E4P PhzC → + > DAHP >

PEP ＞

シキミ酸経路

HO

20H-PHZ

B

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A

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図 3 Pseudomonas属細菌のフ ェナジン化合物生合成経路 (Biessyand Filion, 2018 ; Bilal et al., 2017 ; Guttenberger et al., 2017 ; Mavrodi et al., 2013 ; Sakhtah et al., 2016を参考として作成）。E4P: erythrose 4-phosphate, PEP phosphoenolpyruvate, DAHP : 3-deoxy-D-arabinoheptulosonate-2-ene-l-carboxylic acid, CA : chorismic acid, ADIC : 2-amino-4-deoxychorismic acid, DHHA : trans-2,3-dihydro-3-hydroxyanthranlic acid, AOCHC : 6-amino-5-oxo-cyclohex-2-ene-l-carboxylic acid, HHPDC : hexahydrophenazine-1,6-dicarboxylic acid, PDC : phenazine-1,6-dicarboxylic acid, PCA : phenazine-1-carboxylic acid, PCN : phenazine-1-carboxamide, lOH-PHZ : 1-hydroxyphenazine, 20H-PHZ : 2-hydroxyphenazine, 20H-PCA : 2-hydroxyphenazine-1-carboxylic acid, SMPCA : 5-methyl-phenazine-1-carboxylic acid, PYO : pyocyanine (pyocyanin, 5-methyl-1-hydroxyphenazinium betaine)。PhzA-PhzS: フェナジン化合物生合成酵素。

chlororaphisのフェナジ ン生合成も QSで制御されているこ

とが明 らか となっていた。このこと はP.chlororaphis subsp.

aureofaciens (当時は P.aureofaciens) 30-84株 をモデルと して

研究が進められ，まず AHL生合成酵素として Phzlが，AHL

受容体として PhzRが見出 された (PiersonIII et al., 1994)。続

いて同じ 30-84株において，第 2の QSシステム， Csalおよ

びCsaRが発見されていた (Zhangand Pierson III, 2001)。筆

者らは， StFRB508株のフェナジン産生能における QSシステ

ムの役割を研究する過程で，本株の完全長ゲノムを解読し，

まず本株が P.chlororaphis subsp. aurantiacaであると 同定した。

そして， StFRB508株では Phzl/PhzRおよび Csal/CsaRに加え

て，第 3の QSシステムである AurlおよびAurRが存在する

ことを見出し，3セッ ト全てを欠損する ことでフェナジン産

生が完全に欠失することを証明した (Morohoshiet al., 2014)。

その後，他の P.chlooraphis菌株にも Aurl/AurRが存在するこ

とが判明した (Baueret al., 2016)。その結果本種では 3つ

の QSシステムが複合的に，いわゆるパラ レル的に制御す

る "Many-to-One"システムで AHLを受容してフェナジン

化合物を生合成し，植物病原菌を抑制する ことが分かった

(Hawver et al., 2016)。細菌の QSシステムについては， 1つ

の QSセットで制御する "One-to-One"的，または複数の

QSセットが階層的に制御する "Many-to-One"システムなど

も知られているが， どのような理由で本種のフェナジン化合

物産生能がこのシステムに至ったのかは未解明である。

2. Pseudomonas chlororaphisのゲノム解析

2.1. 同一細菌種の比較ゲノム解析

今まで，細菌のゲノム解析は，動植物の病原種など重要性

の高い細菌種を中心に進められてきた。そのため，種間のゲ

28 Pseudomonas protegens一色づく植物保護細菌

ノム比較や種内の比較ゲノム解析も限られていた。系統的に

も生態的にも異なるものや限られたデータでは，それぞれの

特徴を説明付けることは困難であ った (Loperet al., 2012 ;

Mavrodi et al., 2007 ; Shen et al., 2013)。 しかし，解析機器や技

術の進歩，低コスト化により，ゲノム解読数が急速に増加し

ている。そのため，近年では数十から百以上の同一細菌種ゲ

ノムを比較することで，種内における特性の違いを説明付け

る報告が増えてきた (Ba!truset al., 2011 ; Hulin et al., 2018)。更

によりマイナーな環境細菌種，例えばPseudomonaschlororaphis

のような土壊細菌のゲノムデータも増加しつつあり，これま

で十分に比較できなかった種内比較が可能になってきた。

箪者らは P.chlororaphis subsp. aurantiaca StFRB508株を含む，

亜種が確定している P.chlororaphis種菌株の比較ゲノム解析

を進めた結果興味深い知見を得ることができた。これまで

もP.chlororaphisを材料に含む比較ゲノム解析はいくつか前

例はあった。Loperら (2012)や Calderonら (2015) は， P.

chlororaphis subsp. aureofaciens 30-84および亜種未確定の p

chlororaphis 3株 (06,PCL1606および GP72株）などをそ

の他の植物保護細菌株，主に P.jluorescensグループ菌株と比

較解析したが， Pchlororaphis種内に着目した知見は，ごく僅

かであった。そこで，我々はまず P.chlororaphisの4亜種に

おける基準株間のゲノム比較を行った。その結果，全亜種基

準株に共通する遺伝子は約 8割であった。この値は Loperら

(2012) による P.jluorescensグループ菌株間におけるコア遺伝

子割合の約 2倍であり ，亜種未確定ではあるが P.chlororaphis

菌株間を比較した Calderonら (2015)の比較結果に近かっ

た （図4)。

2.2. 亜種間における植物保護関連遺伝子の違い

2019年 1月現在，完全長ゲノムが公開されている P.chlororaph1s

菌株は，基準株を含めて Pchlororaphis subsp. aurantiacaは 13

株 (StFRB508含む），P.chlororaphis subsp. aureofaciensは 10株，

Pseudmonas chlororaphis subsp. aureofaciens

126 Pseudmonas dh/ororaphis

＇

285

subsp. aurantiaca

l 302 147

P. chlororaphis subsp. chlororaphisは基準株のみ， P.chlororaphis

subsp. pisciumは 12株，計 36株であった。我々は，これら 36

株のゲノム中に存在する植物保護能に関わる追伝子群，例え

ば抗菌物質生合成遺伝子や QS関連遺伝子の有無を調査し，

その結果の一部を表 1にまとめた。まず， フェナジン化合物

生合成遺伝子群の有無を確認すると， 4亜種全 36株全てに

おいて phzA~ phzG追伝子が保存されていることが示され

た。一方でアクセサリー迫伝子と考えられている phzHおよ

びphzOの有無が亜種間で明確に分かれることが判明した。

すなわち， P.chlororaphis subsp. aurantiacaおよびP.chlororaphis

subsp. aureofaciensの 2亜種は phzOを保有するがphzHは保

有していなかった。一方で P.chlororaphis subsp. chlororaphisお

よびP.chlororaphis subsp. pisciumはphzHを保有するが， phzO

は保有しないことが示された。このことは， P.chlororaphisで

PCNもしくは 20H-PCAを産生する菌株が存在することが亜

種間の差異である可能性を示唆した （表 1; 図 3)。他にも亜

種間の違いが見られた。抗菌物質ピロールニトリン (PRN)

はフェナジン化合物と同様に植物保護能の一要因であり，対

象病害によっては主要因とされている (Huanget al., 2018 ;

Selin et al., 2010)。解析の結果， P.chlororaphis subsp. pisciumに

属する苗株のみ PRN生合成造伝子群を保有していなかった。

PRN とフェナジン化合物はそれぞれの生合成遺伝子発現を

相互に活性化することが知られており， PRN生合成造伝子

群を有しない P.chlororaphis subsp. pisciumとそれ以外の亜種

におけるフェナジン産生能に違いがあるのかは興味深いとこ

ろである (Zhanget al., 2018)。その他植物保護要因とされ

ているシアン化水素 (hydrogencyanide)生合成遺伝子群は

全菌株が保有しており，一方で近縁の植物保護細菌である P.

protegens等で見出 される抗菌物質， 2,4-diacetylphloroglucinol

およびpyoluteorin生合成追伝子群などは全亜種全菌株で見

出されなかった（データ非記載）。

また，本種は昆虫に対する殺虫作用を示すことが知られて

Pseudmonas ch/ororaphis ,subsp~chlororaphis

389 、77

4802

71 Pseudmonas chlororaphis

subsp.,piscium

121 / 360

75

164

図4 Pseudomonas chlororaphis基準株における比較ゲノム解析。各亜種基準株は，P.chlororaphis subsp. aurantiaca LMG 21630-r, P. chlororaphis subsp. aureofaciens ATCC 13985T, P. chlororaphis subsp. chlororaphis DSM 5008がおよびP.chlororaphis subsp. piscium DSM 21509心 数値は遺伝子数。

染谷・諸星 29

いる。その要因としてタンパク性毒素である Fit(Pseudomonas

Eluorescens insecticidal !oxin), Tc (Toxin complex), IPD072a

などが報告されている (Fluryet al., 2016 ; Rangel et al., 2016 ;

Ruffner et al., 2015 ; Schellenberger et al., 2016)。Pseudomonas

chlororaphisは，昆虫病原体とは認識されていないが，上記の

毒素産生株を人為的摂食もしくは接種すると殺虫効果が現れ

ることが確認されている。これまでの比較ゲノム解析では P.

chlororaphisの特徴として Fit産生能があげられていたが，

それらは P.chlororaphis subsp. aureofaciens, P. chlororaphis subsp.

chlororaphisおよびP.chlororaphis subsp. pisciumの 3亜種，ま

たは亜種未定株のごく一部による見解であり，これまで P.

chlororaphis subsp. aurantiaca亜種菌株の昆虫に対する影響を

報告した事例はなかった。今回の比較ゲノム解析の結果， Fit

生合成遺伝子は， P.chlororaphis subsp. aureofaciens, P. chlororaphis

subsp. chlororaphisおよびP.chlororaphis subsp. pisciumの 3亜種

に属する 23株で保有が確認されたが， P.chlororaphis subsp.

aurantiacaに属する菌株では 13株全てで保有が認められな

かった（表 1)。毒素産生能を含む感染能力は，本種が昆虫

表 1 Pseudomonas chlororaphisゲノムにおける植物保護能力およびAHL介在型クオラムセンシング (QS) システム関連遺伝子

抗菌物質生合成遺伝子群＊＊ 殺虫毒素 QS関連遺伝子

亜種 菌株＊ ゲノムサイズ 遺伝子数(Mb)

PHZ PRN Fit luxIRホモログ

phzA-G phzH phzO prnA-C fitD phzIR csaIR aurIR

Pseudomonas chlororaphis LMG 21630T 7.1 6458 ＋ ＋ ＋ ＋ ＋ ＋

subsp. aurantiaca 449 7.0 6321 ＋ 十 ＋ ＋ ＋ ＋

464 7.0 6323 ＋ ＋ ＋ ＋ ＋ ＋

CW2 6.9 6302 ＋ ＋ 十 ＋ 十 ＋

DSM 19603 7.1 6466 ＋ ＋ ＋ 十 ＋ ＋

JD37 6.7 6085 十 ＋ ＋ ＋ ＋ 十

K27 6.9 6466 ＋ ＋ ＋ ＋ ＋ ＋

M12 6.7 6125 ＋ ＋ ＋ ＋ 十 ＋

M71 6.8 6196 十 十 ＋ ＋ ＋ ＋

Pb-St2 6.6 6002 ＋ ＋ ＋ ＋ ＋ 十

PCM2210 6.9 6218 ＋ ＋ 十 ＋ ＋ ＋

Ql6 6.9 6252 ＋ ＋ ＋ 十 ＋ ＋

StFRB508 7.0 6378 ＋ ＋ ＋ ＋ ＋ ＋

Pseudomonas chlororaphis ATCC 13985T 7.0 6434 ＋ ＋ ＋ ＋ ＋ ＋ ＋

subsp. aureofaciens 66 6.8 6197 ＋ ＋ ＋ 十 ＋ ＋ ＋

cso 6.7 6120 ＋ ＋ 十 ＋ ＋ 十 十

ChPhzS23 6.8 6241 ＋ ＋ ＋ ＋ 十 ＋ ＋

ChPhzS24 6.9 6268 ＋ ＋ ＋ 十 ＋ ＋ ＋

ChPhzTR18 6.9 6316 ＋ ＋ ＋ ＋ ＋ ＋ ＋

ChPhzTR36 6.9 6254 ＋ ＋ 十 ＋ ＋ ＋ ＋

ChPhzTR38 6.9 6326 ＋ 十 ＋ ＋ ＋ ＋ ＋

ChPhzTR39 7.0 6408 ＋ ＋ ＋ ＋ ＋ ＋ ＋

P2 7.2 6609 ＋ ＋ ＋ ＋ ＋ ＋ ＋

Pseudomonas chlororaphis DSM 50083T 6.8 6299 ＋ ＋ 十 ＋ ＋ ＋

subsp. chlororaphis

Pseudomonas chlororaphis DSM 21509T 7.1 6449 ＋ 十 ＋ ＋ ＋

subsp. piscium ATCC 17411 7.2 6541 ＋ ＋ ＋ ＋

ATCC 17809 7.2 6544 ＋ ＋ ＋ 十

ChPhzS135 6.9 6224 ＋ ＋ ＋ ＋

ChPhzS140 7.1 6440 ＋ 十 ＋ ＋

ChPhzTR44 6.9 6227 ＋ ＋ ＋ ＋

DTR133 7.1 6354 ＋ ＋ ＋ ＋

PCL1391 6.9 6174 ＋ ＋ ＋ ＋

PCL1607 6.9 6250 ＋ ＋ ＋ ＋

SLPHlO 7.2 6603 ＋ ＋ ＋ ＋

ToZa7 7.0 6346 ＋ ＋ ＋ ＋

ZJU60 6.8 6178 ＋ ＋ 十 ＋

＊太文字は基準株， **PHZ:フェナジン化合物生合成遺伝子群， PRN:ピロールニトリン生合成遺伝子群

30 Pseudomonas protegens一色づく植物保護細菌

をベクター（運び屋）として環境中で拡散するために有して

いる可能性が指摘されている (Fluryet al., 2019 ; Snyder et al.,

1999)。このことは， P.chlororaphis subsp. aurantiacaが他の亜

種と比較して，昆虫に対する病原性もしくは共生性等の相互

作用に違いがある可能性が考えられる。

その他， P.chlororaphisの植物保護能力として，一部の菌株

から新規な抗菌物質 (resorcinol), 抗菌性ペプチド (WLIP:

white line-inducing _2rinciple), 抗ウイルス性ペプチド，バク

テリオシン (R-tailocin) なども報告されている (Cazorlaet al.,

2006 ; Dorosky et al., 2017 ; Park et al., 2012 ; Shahid et al., 2017)。

現時点でこれらの植物保護要因について亜種間の関連性を示

すことはできていないが，今後，関連遺伝子の同定に伴って

関連性を比較解析していくことは可能であろう。

以上の結果， P.chlororaphisの各菌株が産生するフェナジン

化合物の種類が異なる理由は，菌株レベルではなく，亜種間

の違いである可能性が高いと考えられる。このような比較ゲ

ノム解析は，今後，様々な細菌の特性や進化的形質の違いを

説明付けられるツールとして期待される。

2.2. 亜種間におけるクオラムセンシングシステムの違い

一方，植物保護能力の関連遺伝子だけではなく，その制

御機構も亜種間で異なる可能性が示された。 Pseudomonas

chlororaphisのフェナジン化合物産生は AHLを介した QSシ

ステムで制御されており， StFRB508株では 3つの QSシステ

ムが存在することは既に述べた。比較ゲノム解析の結果，こ

れら複数の QSシステムの有無も亜種間で異なる可能性が出

てきた。まず第 1のQSシステムである PhzI/PhzRは亜種に

関わらず，これまでにゲノム解読された本種菌株の全てが保

有していた（表 1)。次に，第 2のQSシステム Csal/CsaRは， P.

chlororaphis subsp. aurantiacaおよびP.chlororaphis subsp. aureofaciens

の2亜種の全菌株， P.chlororaphis subsp. chlororaphis基準株お

よびP.chlororaphis subsp. pisciumの基準株のみ保有が確認さ

れた。つまり， P.chlororaphis subsp. pisciumの基準株以外の 11

株が Csal/CsaRを保有していなかった。更に，第 3のQSシ

ステムである Aurl/AurRは， P.chlororaphis subsp. aurantiacaお

よびP.chlororaphis subsp. aureofaciensの2亜種では全菌株が保

有していたが， P.chlororaphis subsp. chlororaphisの基準株およ

びP.chlororaphis subsp. pisciumの全菌株が保有していないこ

とが確認された。そのため，同じ P.chlororaphisでも保有し

ている QSシステムの数が 1つ， 2つ， 3つと異なることが

確認された。一部例外はあるがその保有状況は，亜種間の

違いと類似する傾向が認められた。今回の解析に供試した全

菌株のフェナジン産生能力は比較できていない。そのため，

QSシステムの数組合せとフェナジン化合物生合成制御の

具体的な違いを説明付けることはできないが， StFRB508株

の変異体解析において QSシステムの数と組合せでフェナジ

ン産生量が変動したことから，上記の野生株においてもフェ

ナジン産生能に違いが生じる可能性は考えられる (Morohoshi

et al., 2014; 2017)。また， QSシステムはフェナジン化合物の

生合成に限らず様々な形質に影響しているため， QSセット数

の違いは，各亜種の生態的特性に影響している可能性がある。

2.3. 比較ゲノム解析への期待

Pseudomonas属細菌に限らず，そのインパクトや解析コス

ト面から，細菌ゲノムの解読は優先度の高い種，または菌株

から行われてきた。 Pseudomonas属細菌のゲノム解読例とし

ては，緑膿菌 Pseudomonasaeruginosaが 2000年，植物病原細

菌 P.syringaeが 2003年，植物保護細菌 P.protegensが 2005年

にそれぞれ初報告されている (Buellet al., 2003 : Paulsen et al.,

2005 : Stover et al., 2000)。比較ゲノム解析も，初期は系統関

係が遠い別種間や同種内でも数少ない菌株間比較から始めら

れたが，系統的に離れた種の違いや少ないデータから特性の

違いを説明付けることが難しかったのは容易に推測できる。

近年，世界中から様々な細菌種，菌株のゲノムデータが蓄積

されつつある。今回の P.chlororaphisのような同種間，亜種

間菌株の差異を追求する際には，比較ゲノム解析の有効性は

非常に高いと考えられる。今後， P.chlororaphis各亜種におけ

る遺伝子の獲得や欠失，種内進化，他種との関係性など様々

な視点からの研究推進が期待できる。

3. 終わりに

Pseudomonas chlororaphis, 本種の特徴としては植物保護効

果をもたらすフェナジン化合物産生能があげられる。但し，

これらのフェナジン化合物も別な細菌種，例えば緑膿菌では

人への病原性因子として機能することが知られている (Lau

et al., 2004)。また，放線菌は多様なフェナジン化合物を産生

するが，その中には真核生物に細胞毒性を示さず，人に対し

て抗腫瘍活性や抗感染症活性をもたらすものもあり，本来の

生理的役割が不明なものも数多くある (Laursenand Nielsen,

2004)。同ーもしくは類縁のフェナジン化合物であっても，

人や植物，昆虫など異なる立場にとって有用にも有害にもな

る場合がある。本種は 4つの亜種で構成されているが，各亜

種が異なる色に色づく，つまり特性が異なるフェナジン化合

物を産生する能力とその調節機能が亜種間の違いである可能

性が比較ゲノム解析で示唆された。この違いは，本種の亜種

間における植物保護能力の違いも説明付けることができる。

今後本種菌株の更なるゲノムデータの蓄積と比較ゲノム解

析により，適切な同定・分類や，産業利用面での判断材料と

なることが期待される。

要 旨

Pseudomonas chlororaphisは土壌や植物根圏から分離される

蛍光性シュードモナスの一種であり，種内に 4つの亜種が報

告されている。本種には，植物病害や昆虫・線虫害から植物

を保護する作用を示し，微生物殺菌剤として市販化された菌

株もある。本種の植物保護効果の主要因は，アシル化ホモセ

リンラクトンを介したクオラムセンシング (QS) で制御さ

れるフェナジン化合物産生能によるところが大きい。比較ゲ

ノム解析の結果，本種のフェナジン生合成遺伝子群および

QSシステム遺伝子群が亜種の違いで異なっている可能性が

示唆された。本種菌株の同定・ 分類や有用微生物として産業

染谷・諸星 31

利用する際にも，ゲノムデータが有効に活用できると考えら

れる。

謝辞

本稿における研究部分を進めるにあたり，国立研究開発法

人農業・食品産業技術総合研究機構内外の多くの方々にご協

力頂くと共に，日本学術振興会の科学研究費補助金 (24780325

および 17K08176) 及び農業・食品産業技術総合研究機構生

物系特定産業技術支援センター「イノベーション創出基礎的

研究推進事業 (BRAIN)」による支援を受けた。ここに深く

謝意を表する。

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