Research press release

【生物工学】真菌ゲノムのマイニングによって新しい作用機構の除草剤を発見する

Nature

Biotechnology: Herbicide with novel action found by mining fungi genomes

新規な作用機構を有する天然由来の除草剤が真菌ゲノムのマイニングによって同定されたことを報告する論文が、今週掲載される。除草剤耐性植物の増加に対して、今回の発見が現在のラインアップに切望されていた新しい除草剤の登場につながると期待されている。

今回、Yi Tang、Steve Jacobsenたちの研究グループは、糸状菌類のゲノムを探索した。糸状菌類の多くは、植物に定着し、植物を死滅させる化合物を産生するため、新しい除草剤の供給源として有望視されている。Tangたちは、特にジヒドロキシ酸デヒドラターゼ(DHAD)を標的とする化合物を探した。DHADは、植物の成長に必須の生合成経路の、最終段階の代謝酵素だ。この生合成経路は動物には存在しないため、除草剤の開発における最も一般的な標的なのだが、これまでのところ、植物内で機能する天然のDHAD阻害剤は発見されていない。

Tangたちは、DHAD阻害剤をコードする生合成遺伝子クラスターを探し、糸状菌類の生存に必要と考えられている自己耐性をもたらすDHADのもう1つのコピーを介して、これらの遺伝子クラスターを同定した。また、Tangたちは、一般的な土壌糸状菌(Aspergillus terreus)を含む一定数の真菌種において、既知の真菌生産物であるアスプテル酸を産生する酵素をコードする1つの遺伝子クラスターを同定した。Tangたちは、アスプテル酸がDHAD阻害剤であることを明らかにし、実際にアスプテル酸がスプレー用除草剤として有効なことを証明した。

さらに、Tangたちは、今回発見した自己耐性遺伝子がアスプテル酸の影響を受けないこと、そしてこの自己耐性遺伝子を植物に導入すると、その植物は今回発見された除草剤への耐性を獲得することを確認している。以上の知見は、除草剤耐性植物の増加という問題への対処に役立つ可能性があり、耐性遺伝子を利用して有用な天然生物活性産物を発見する方法の潜在力を実証している。

A naturally derived herbicide with a novel mode of action, identified by mining the genomes of fungi, is reported online this week in Nature. The discovery potentially adds a much-needed new weapon to our arsenal of weed killers, in the face of increasing herbicide resistance.

Yi Tang, Steve Jacobsen and colleagues searched the genomes of filamentous fungi. Many of these produce compounds that aid in colonizing and killing plants, making them a promising source of potential herbicides. The authors specifically looked for compounds that target dihydroxyacid dehydratase (DHAD), a metabolic enzyme which is the final step in a biosynthetic pathway that is essential to plant growth. Although this pathway is the most common target of herbicide development - as it is not present in animals - no natural DHAD inhibitor that functions in plants had been previously discovered.

The authors searched for biosynthetic gene clusters encoding a DHAD inhibitor, which they identified through the additional copy of DHAD that provides the self-resistance that the fungus would need to survive. In a number of fungal species, including the common soil mould Aspergillus terreus, they identified one such gene cluster which encodes enzymes that produce the previously known fungal product aspterric acid. The authors found that this acid is indeed an inhibitor of DHAD - and it proved effective as a spray-delivered herbicide when tested.

Furthermore, the authors confirm that the self-resistance gene they found is unaffected by aspterric acid and when transferred into plants it can confer resistance to the newly discovered herbicide. Together, these findings could help combat the problem of growing herbicide resistance in weeds, and demonstrate the potential of resistance-gene-directed approaches for the discovery of useful, natural, bioactive products.

doi: 10.1038/s41586-018-0319-4

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