それまでに報告されていたイネのファイトアレキシンは、モミラクトンA、B、オリザレキシンA~F、S、およびサクラネチンであったので、これによりイネのファイトアレキシンは合わせて15種となった。このうちサクラネチン以外の14種は、ジテルペンに分類される化学構造を有しており、その化学構造からおおよその生合成経路の推定が可能である。エリシターとは、ファイトアレキシン生合成など植物の免疫応答を誘導する病原菌由来の物質の総称である。プロベナゾールで処理されたイネのDNAマイクロアレイ網羅的解析データから、山根らによって報告された生合成遺伝子の発現情報を抽出し、それをファイトアレキシン生合成経路図上に示した(図13)。ファイトアレキシン合成に対しても、プロベナゾールのプライミング効果が認められた。生合成経路上の遺伝子の発現上昇は、プロベナゾール処理だけではほとんど認められなかったが、それにいもち病菌を感染させると、ファイトカサン群とモミラクトン群のそれぞれの生合成につながる遺伝子の発現が上昇していた。プロベナゾールの防除効果全体の中で、これらのファイトアレキシンの貢献程度を定量的に評価することは困難である。一般的にファイトアレキシンは病原菌が侵入した細胞に隣接する細胞で合成されるといわれており、イネでは病斑の外周部で濃度が高いことから、ファイトアレキシンは、病原菌の隣接細胞への伸展と病斑の拡大を抑制している可能性がある。-いもち病菌接種イネと比較してプロベナゾール処理-いもち病菌接種イネで発現が上昇した遺伝子を赤字で、変動なしを黒字で示した。植物は、感染シグナルとなる病原菌由来の物質や植物ホルモンなどの細胞外シグナルを認識するものとして、受容体(レセプター)を持っている。受容体で受け取られた細胞外からのシグナルは細胞内で通用するシグナルへと変換され、酵素活性の変化や遺伝子活性化など細胞内の様々な応答(例えば感染に対する応答)へとつなげられていく。細胞外からのシグナルを受けとる装置の一つとして、G蛋白質(GTPが特異的に結合した蛋白質)と協調する受容体(G蛋白質共役受容体;GPCR)が知られている。この受容体蛋白質は、細胞膜を繰り返し貫通して細胞の内外をつないでいる(図14)。これは、多くの生物に共通する装置でもある。三量体G蛋白質は、受容体と同調して細胞外からのシグナルを細胞内へ伝える役割を果たしている。(エフェクター)に伝える。続いて効果器分子は、細胞内シグナル物質(セカンドメッセンジャー)を活性型に変換し、それが細胞内に拡散することになる。受容体と共役するG蛋白質は、3つのサブユニット(三量体;Gα、Gβ、Gγ)から構成されておりそれぞれ役割分担がある。その中のGαが変異したイネを用いて、プロベナゾールの作用発現とGαの関係について解析した研究がある。1)を用いたいもち病菌接種実験の結果、d1におけるプロベナゾールのいもち病防除効果は、変異していない親イネとほぼ同じであった(図15)。Gα変異イネd1におけるプロベナゾールのいもち病防除効果PBZはプロベナゾールを、MSは対照殺菌剤メトミノストロビンを示す。0.1mg/ポットを栽培土に灌注処理。プロベナゾールの防除効果は、d1でPBZ1蛋白質がまだ蓄積していない処理3~4日後(図16参照)に接種した場合でも、親イネと同じレベルである。このことから、プロベナゾールの防除効果発現にはGαは関与していないと考えられた。Gα変異イネd1の葉身にプロベナゾール処理により蓄積したPBZ1蛋白質Wildは親イネを、MutantはGα変異イネd1を示す。小松らも同じようにGα変異イネd1を用いて実験を進め、d1ではいもち病に対するプロベナゾールの防除効果は影響を受けなかったが、細菌病である白葉枯病に対する防除効果が低下したことを観察している。kinase)阻害剤で阻害され、プロベナゾール処理や白葉枯病菌感染後に活性が増大する蛋白質リン酸化酵素MAPK遺伝子の発現が、d1ではPBZ1と同様に遅延することを見出している。このことから、小松らは、プロベナゾール処理や白葉枯病菌感染によるMAPKやPBZ1遺伝子の発現誘導には、Gαが重要な役割を果たしているとしている。上述の実験では、プロベナゾールのいもち病防除効果発現と、PBZ1遺伝子の発現誘導は必ずしも一致しない結果となっている。したら、プロベナゾールとその代謝物によるいもち病防除効果発現のシグナル伝達系と、プロベナゾールによるPBZ1遺伝子発現誘導のシグナル伝達系は、分岐しているかあるいは並列しているのかもしれない(図17)。三量体G蛋白質とプロベナゾールのシグナル伝達に関する仮説プロベナゾールのいもち病防除効果発現のシグナル伝達系とPBZ1遺伝子発現誘導のシグナル伝達系は、分岐しているかあるいは並列している可能性がある。1;OsRac1)に伝えられていることを見出した。島本らは、自然免疫応答に係るいくつもの蛋白質がOsRac1を中心として複合体を形成していることを見つけた。イネの細胞は、ディフェンゾームを形成することによって、すなわち免疫応答に係る蛋白質が複合体を形成することによって、免疫応答シグナルを迅速にかつ確実に伝えることを可能にしていると思われる。生物の細胞の中は、無数の蛋白質や電解質などが溶け込んだ単なるスープでしかないと思われがちだが、実際には、ディフェンゾームのように機能集団ごとに秩序化された蛋白質複合体が形成されており、それらが結合・解離を繰り返しながら定められた機能を果たすことができるようになっているのかもしれない。2009を参考に作図した。ここで示した図は、1に相当する。2014を参照のこと。OsRac1は、それぞれの複合体で中核的な役割を果たしている。非病原力(avirulence)蛋白質は、植物の抵抗性遺伝子産物と特異的に対応する病原菌の因子である。非病原力蛋白質は病原菌のレースごとに異なっており、このことにより病原菌は対応する抵抗性遺伝子を持っている植物に感染できない。PBZ1発現”のように描くことができる。いもち病防除効果発現”に至る経路を重ね合わせることは、まだ研究情報が不足しており仮説的にしかできない。仮に、図17を図18に重ね合わせると、図19のようになる。PBZ1遺伝子はいもち病菌の感染によっても発現が誘導され、この遺伝子から作られるPBZ1蛋白質は、RNAを分解する酵素であるRNaseとアミノ酸配列の相同性がある。この特徴から、PBZ1はPR-10(感染特異的蛋白質10)群に分類されている。PBZ1遺伝子は、防御反応が亢進する非親和性の組み合わせでいもち病菌を接種した時により早く発現することから、PBZ1蛋白質の蓄積はイネで防御反応が進行しているかどうかの指標として多用されている。PBZ1蛋白質は細胞死を誘導するPBZ1はRNase類似の蛋白質であるが、抵抗性発現におけるその生化学的機能と役割についての研究は少ない。death)が観察され、それは、PBZ1蛋白質のRNase活性によるものだとしている。病原菌が侵入したときに過敏感的に細胞死が誘導されることがあるが、これは、典型的な抵抗反応の一つであり、アポトーシスの一種と考えられている。RNase活性による抵抗性発現”によりもたらされる、と描くことができるのかもしれない。PBZ1遺伝子は病原菌を感染させなくてもプロベナゾール処理のみで発現誘導されるので、この考え方では、プロベナゾール処理イネではPBZ1蛋白質による細胞死が常時進行していることになる。これでは、先に述べた“プロベナゾールの作用の基本は植物に対するプライミング効果である”を説明できない。プロベナゾール処理のみで発現誘導されるPBZ1蛋白質の濃度は、細胞死を誘導しない程度の低い濃度なのかもしれない。8.プロベナゾールによる防除効果は、プロベナゾールが存在するときにのみ発現するイネに処理されたプロベナゾールは根から吸収され、そのとき展開していた最上位葉の先端に蓄積する傾向がある。一度、プロベナゾールを吸収したイネは、(その後に展開した新しい葉で、もはやプロベナゾールが検出されなくなっても)いつまでもいもち病菌の感染を抑制することができるのか、その疑問に答えるための実験を行った。プロベナゾール処理7日後のイネ苗を、根部を洗浄して栽培土壌と共にプロベナゾールを洗い流し、移植した。移植17日後にいもち病菌を接種したところ、根部洗浄イネに形成された病斑数は無処理イネとほぼ同じであった(図20)。17日後の根部洗浄イネのプロベナゾール濃度は非検出までは低下していなかったが、非洗浄イネの10分の1以下であった。この結果は、プロベナゾールを吸収したイネは、いつまでもいもち病菌の感染を防ぐ性質を保持し続けるのではなく、プロベナゾールが体内に一定濃度以上存在するときにのみ防除効果を発現することができることを示唆している。プロベナゾールの特徴の一つに、圃場における防除効果の持続性が優れていることが挙げられる。これは、プロベナゾールが、圃場ではある期間持続的にイネに吸収され、いもち病菌の感染対象である上位葉に供給され続けているためであると推測される。プロベナゾールの防除効果は、プロベナゾールが一定濃度以上存在するときにのみ発現する第4葉が抽出しているプロベナゾール(PBZ)処理7日後のイネ苗を、根部を洗浄して土壌と共にプロベナゾールを洗い流し、ポットに移植。移植17日後にいもち病菌を接種。第6葉および第7葉に形成された病斑数を計測。対照となる栽培土区は、根部を洗浄しないでそのまま栽培土とともに移植。9.残された課題プロベナゾールは、発売から40年間、多くの稲作農家に受け入れられて米の安定生産に貢献してきた。プロベナゾールの特徴として、いもち病に対する卓越した防除効果に加え、耐性菌出現の可能性が低い、広範囲の病害に対して有効である、効果の持続性がある、非標的生物に対する影響が少なく環境負荷軽減が期待される、などを挙げることができる。プロベナゾールの作用メカニズム解析研究は、発売以来、手さぐり的に継続して進められ、その結果多くの成果が蓄積されてきた。新しい発見があった反面、未解明のまま残されている課題もある。未解明の点については本文でもいくつか紹介してきたが、最大の課題は、プロベナゾールの受容体に関する情報が得られていないことである。イネに吸収されたプロベナゾールの作用発現は、プロベナゾールがイネ体内の特定の蛋白質(受容体)と結合するところから始まると考えられる。現在までのところ、受容体を特定するまでには至っていない。受容体を特定することができれば、その遺伝子や受容体の下流につながる情報伝達系について解明研究を進展させることができると思われる。プロベナゾールの情報伝達系と、自然免疫応答における情報伝達系の接点も分かってくるに違いない。受容体の遺伝子情報やアミノ酸配列情報から受容体の立体的構造を推定することができるならば、プロベナゾールの化学構造のさらなる最適化とともに新規化学構造の提案が可能となるであろう。近い将来に、これらの課題解決への道筋が見えてくることを期待したい。