ファルマ横浜研究所)で、オリゼメート製剤の有効成分プロベナゾールが合成されたのは1966年である。それから8年後にはオリゼメート粒剤が農薬登録され、それ以降、多くのオリゼメート製剤が開発されてきた。それらは、主としてイネいもち病に対する的確な防除効果が評価され、広く普及することとなった。その結果、40年を経過した現在も、オリゼメート製剤は日本をはじめとする東アジアの米の安定生産に貢献し続けている。プロベナゾールのいもち病に対する防除メカニズムは、当初よく分からなかったが、研究を重ねるにつれてそれまでの防除剤とは異なるものであることが明らかとなってきた。それは、植物自身が元々持っている自然免疫ともいうべき機能を、病原菌が侵入しようとするときに特異的に増強させ、植物自身の力によって感染を防ぐというものであった。このような作用メカニズムによって実用的に病害を防除する薬剤は、プロベナゾールが世界で初めてであった。activator)と称している。日本ではこれまでに、プロベナゾールを含め4種の植物防御活性剤が農薬登録されてきた(そのうち1種は、登録失効)。日本の医薬業界では、日本発・世界初となる薬剤を開発することが一つの目標とされているが、プロベナゾールは、植物保護分野で日本発・世界初を実現した数少ない薬剤の一つである。最近、患者の自己治療力を利用する医薬品の開発がトレンドになっており、ヒトの自己免疫を強くする高分子抗体医薬が世界で50種近く販売されるまでになっている。40年以上も前に開発されたプロベナゾールが、これら最近の医薬品と類似するような生物の自然免疫系を増強させる作用を持っていたことは、特筆されることである。プロベナゾールのこのような特徴からその作用メカニズム解析研究は、植物の自然免疫や防御応答の仕組みを解析する研究でもある。プロベナゾールの作用メカニズムの詳細については、まだ不明の部分が多いが、これまでの研究で明らかになっている解析結果について、以下に概要を紹介する。植物の病気が成立するためには、単に植物と病原菌とが遭遇するだけではなく、1病気にかかる体質をもった植物(これを素因という)2それを侵す病原菌(これを主因という)3病気の発生に好適な環境条件(これを誘因という)の3つの要因が十分満たされることが必要である。植物の病気を防ぐという逆の立場からみれば、これらの“病気の成立要因”の何れかを適度に小さくすることが基本となる。そのため、1を小さくするためには抵抗性品種を導入する、2を小さくするためには殺菌剤を使用する、3を小さくするためには密植・過湿を避ける、など様々な方法が工夫され活用されている。プロベナゾールは、病原菌の密度や数を低減させる殺菌剤とは異なり、植物の自然免疫系を増強して病気にかかりにくくする薬剤である。殺菌剤の発病抑制原理は“主因”を小さくすることにあるのに対し、プロベナゾールのそれは、“素因”を小さくすることにある。病気の成立要因とプロベナゾールの発病抑制原理の概念を図1に示した。プロベナゾールのような植物防御活性剤の特徴の一つとして、耐性菌出現の可能性が低いことが挙げられる。一般的に殺菌剤に対する耐性菌は、突然変異によって出現した低感受性の病原菌が、薬剤によって選抜され顕在化したものである。耐性菌が出現すると、薬剤の防除効果が低下することになり、何らかの対策が必要となる。プロベナゾールの防除作用は植物体を介して発現されるので、その過程には、プロベナゾールが病原菌を直接選抜する場面はない。このように、プロベナゾールに対する耐性菌出現の可能性が低いと考えられるのは、殺菌剤とは発病抑制原理が異なるからである。それは図1からも容易に理解できる。実際に、プロベナゾールが40年間にわたって広く使用され続けていても、耐性菌出現の報告例はいまだにないという使用実績がある。耐性菌リスクとプロベナゾールについては、本誌で石井英夫氏が詳述している。病気の成立に関与する3要因の関係とプロベナゾールの発病抑制の原理3要因が重なり合う場合のみ発病する。2.プロベナゾールの作用メカニズムの概略プロベナゾールで処理された植物は、恒常的に抵抗反応を発現しているわけではない。プロベナゾールで処理された植物の抵抗反応は、病原菌の感染を受けたときに初めてそれに呼応するように開始される。これは、プロベナゾールで処理されたイネは、感染を受けたときに迅速に応答できるように準備された状態となっているからである。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。プライミング効果のイメージ図2に示したように、プライミング状態にあるイネは、病原菌の侵入を感知すると速やかに抵抗反応を開始し、発病を抑制することができる。プライミングのメカニズムの詳細は不明であるが、プロベナゾールの作用のこの性状により、植物は迅速にかつ効果的に病原菌の侵入に対応することができる。加えて、植物にとって抵抗反応を発現させることは大きな負荷であるが、それを感染時だけに、しかも感染部位だけに限定することができる。プロベナゾールが実用上優れた防除薬剤として存在感を示しているのは、このような特性によるところが大きい。抗菌性物質の産生3リグニン化による物理的障壁の形成これらの反応は、抵抗性遺伝子を保有するイネにいもち病菌が感染するときに観察される“非親和型”の反応と類似している。3.プロベナゾール処理イネで発現が変動する遺伝子プロベナゾール処理後にイネがプライミング状態となる過程では、多くの遺伝子が活性化あるいは抑制されていると考えられる。DNAマイクロアレイ解析の手法により、プロベナゾール処理直後(4~168時間後)に発現が変動しているイネの遺伝子を調べた。マイクロアレイは、対象とする生物のほぼ全ての遺伝子の発現を網羅的に解析できる簡便な技術である。解析の結果、プロベナゾール処理直後から非常に多くの数の遺伝子の発現が変動(発現量が増加あるいは減少)していることが観察された。重複を含めて21,495個)。栽培土へ灌注処理されたプロベナゾールが、根から吸収されマイクロアレイ解析に用いられた葉身部まで移行するまでには一定の時間を要する。このことを考慮に入れると、これは極めて早い応答である。初期に発現が変動している遺伝子の中にプライミングを誘導・制御するキーとなる遺伝子が含まれている可能性がある。マイクロアレイ解析で得られたデータの中から、プロベナゾール処理8時間後および168時間後に発現が変動していた遺伝子を、推定機能別に分類し比較した(図4)。重複を含む21,495遺伝子の発現を解析。抗酸化や化学物質の解毒に係る遺伝子群および細胞膜を介して物質の排出・輸送に係る遺伝子群は、処理間もない8時間後では活性化(発現量が増加)されていた。一方で、光合成系に関与する多くの遺伝子の発現は、この時間帯では抑制(発現量が減少)されていた。これは、イネ体内で、植物にとって重要な光合成機能を一時的に抑制して、プロベナゾールという異物を緊急に代謝・排除しようとする“仕分け”が行われていた可能性を示している。係る遺伝子群や、遺伝子の発現を制御する転写因子遺伝子群の発現が変動していた。この変動は、上述の緊急の“仕分け”や、プライミング状態を作り出すために細胞内で進行していた複雑な反応を反映しているのかもしれない。ファルマの研究グループや、その他の研究グループの解析により、植物ホルモンの一つであるサリチル酸が、プロベナゾールの防除効果発現に何らかの関わりを持っていることが明らかとなってきた。ファルマの研究グループが行ったプロベナゾールで処理されたイネのDNAマイクロアレイ解析では、サリチル酸にグルコースを転移させる酵素(SAGTase;図5)の遺伝子が処理直後から特異的に高発現していることが観察された。interference;RNA干渉)の手法により作出したSAGTaseノックダウンイネでは、いもち病に対するプロベナゾールの防除効果が低下した(図6)。SAGTaseノックダウンイネでは、元の親イネと比べて多数の遺伝子の発現が影響を受け、活性化あるいは抑制されていることが観察された。このことから、これら影響を受けた遺伝子の何割かがプロベナゾールの防除効果発現に係っている可能性が示唆された。定量的分析実験では、プロベナゾール処理によってイネの総サリチル酸量が増加することも観察された。総サリチル酸量の増加は、サリチル酸の生合成が促進されていることを示している。このように、サリチル酸やSAG(あるいはSAGTase遺伝子も含めて)がプロベナゾールのいもち病防除効果発現に重要な役割を果たしていることが、明らかとなった。岩井(現宮城県立大学)らの研究グループは、1プロベナゾールのいもち病防除効果は幼苗(4葉期)では認められないが8葉期のイネで認められ、これが2プロベナゾール処理に応答して誘導されたイネ体内の遊離型サリチル酸の蓄積量増加と符合する、3サリチル酸溶液を直接散布処理した場合の防除効果は8葉期のイネでのみ認められる、ことを観察した。この研究結果からも、サリチル酸がプロベナゾールの防除効果発現において重要な関わりを持っていることは明らかである。プロベナゾールはもともと幼苗を用いた感染実験により(防除効果の強弱を基準として)選抜・創製されたものであること、幼苗でもプロベナゾール処理で総サリチル酸量が増加することから、プロベナゾールの防除効果を葉齢に依存したイネのサリチル酸生理システムの変化だけで説明することはできない。2009の図6を改変329-1などは、SAGTase/RNAiで作出したイネの系統番号。*、**、***は、それぞれの記号間で有意差があることを示す。resistance;SAR)を誘導することを観察し、さらに、BITは2サリチル酸の合成を誘導する、その防除効果は3サリチル酸を分解する酵素の遺伝子NahGを導入した植物、および4感染特異的蛋白質(PR-1など)の発現を制御しているNPR1因子(サリチル酸の下流に位置する)が変異したnpr1植物では認められない、ことも観察した。イネとアブラナ科植物であるシロイヌナズナでは、病原菌感染時の防御応答や、その情報伝達系が必ずしも同一ではないと考えられるが、プロベナゾールの作用点に関する重要な知見である。局部的な防御反応のシグナルが全身に伝えられ植物体全体が新たな病原菌の侵害に対して抵抗性となるSARのメカニズムについては、ナス科植物やシロイヌナズナなどのモデル植物を用いて多方面から研究が行われてきた。