植物が菌類を選んで害虫や病気と戦うことができれば、より環境に優しい農業と生態系の回復への道が開ける

2024年2月7日 14:22

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植物の葉を食べる白い毛と黒い縞模様の黄色い毛虫。
ArjunMJ/Unsplash
植物が菌類を選んで害虫や病気と戦うことができれば、より環境に優しい農業と生態系の回復への道が開ける。

https://theconversation.com/if-plants-can-pick-fungi-to-help-fight-pests-and-diseases-it-opens-a-door-to-greener-farming-and-ecosystem-recovery-221994

公開日 2024年2月7日 12時57分 GMT
ウェスタン・シドニー大学Adam Frew、ユヴァスキュラ大学Carlos Aguilar-Trigueros、ウェスタン・シドニー大学Jeff Powell、ウェスタン・シドニー大学Natascha Weinberger、アデレード大学Stephanie Watts-Fawkes
あなたの足元では、古代から続く静かな同盟関係が続いている。植物とアーバスキュラー菌根菌（AM菌）の間のこの同盟は、地球上で最も古い生物学的パートナーシップのひとつである。

ほぼ5億年前にさかのぼるこの関係は、植物が陸地に進出する道を開いた。初期の植物は単純で、今日の植物のような複雑な根系を持たず、菌類と同盟を結んだ。この同盟関係は植物の進化に不可欠であり、生態系の形成に役立ってきた。

これらの菌類は根を伸ばし、植物が生存に必要な炭素（糖分や脂肪）を供給する。菌類は菌糸と呼ばれる細い根のような糸を土の中に伸ばし、植物の根の届かないところにある栄養分にアクセスできる広大なネットワークを作る。

しかし、これらの隠れた微生物は、植物が養分を得るのを助けるだけではない。植物は常に害虫や病気に対処している。これに対処するため、植物は高度な防御機能を進化させてきた。AM菌はこれらの防御を劇的に強化することができる。

では、植物は害虫や病気に対する防御を強化する能力に基づいて、味方の真菌を選んでいるのだろうか？我々は最近、この疑問について調査し、どのようにしてこのようなことが起こりうるのかという仮説を提唱した。その答えは、農業をより持続可能なものにするために大きな意味を持つかもしれない。

デボン紀の風景画。エドゥアルド・リオウ（1838-1900）『大洪水以前の世界』より 1872年、アメリカ
古代の同盟を利用する
AM菌が植物にもたらす恩恵を考えれば、環境管理にAM菌を利用することに多くの関心が寄せられているのも当然だろう。研究によれば、AM菌は在来の植物群落の確立をサポートすることで、生態系の回復に大きな利益をもたらす。生態系機能に対するその重要性から、菌根菌が保全活動に含まれるべきであることは明らかである。

農業システムでは、菌類は作物の成長、栄養摂取、収量を増加させることができる。これらの利点は、1950年代以来、研究者の主要な焦点となっている。

AM菌類が作物にもたらす恩恵については十分な証拠があるが、現場での結果は一貫していない。作物が必要とする栄養と、土壌に存在する、あるいは導入された真菌が必要とする栄養との間にミスマッチが生じることがある。

アーバスキュラー菌根菌の菌糸のコントラスト画像。画像ロレート・オヤルテ・ガルベス
植物は防御のために菌パートナーを選ぶのか？
ひとつの植物の根の中には、数多くの菌類が共存し、複雑な群集を形成している。ある種は防御に優れ、ある種は栄養摂取に優れている。植物が真菌のパートナーから受ける恩恵は、根の中にどの種が存在するかによって決まる部分もある。

AM菌を土壌に散布することはできるが、その菌が実際に植物と提携するとは限らない。

では、どの菌が根に入り込むかは何によって決まるのだろうか？植物にその決定権はあるのだろうか？もしそうなら、どうやって選ぶのだろうか？このような疑問は、生態学者や生物学者の頭を長年悩ませてきた。

この関係の核となるのは、複雑な交換システムである。植物は菌類に必要な炭素を供給し、菌類は植物に利益をもたらす。

研究によれば、植物は菌類を（少なくとも場合によっては）贔屓にする。最も多くの栄養を供給してくれる菌類と提携し、より多くの炭素を供給するのだ。

しかし、土壌に大量の養分を投入する農業において、このような栄養面でのメリットを生かすには大きな課題がある。そのため、植物が真菌類に依存している栄養分を取り除くことで、真菌類をこのように利用する能力が制限される可能性がある。

しかし、このパートナーシップを植物の防御に利用することはできるのだろうか？世界的に見て、害虫は主要穀物作物だけでも20％にも達する。

植物が好みの菌類を選ぶことができることを考えると、植物が菌類を選んで防御力を高めることは可能なのだろうか？われわれは、この疑問をより深く理解するために仮説を立て、今後の研究に役立てようとしている。

植物による菌根菌の防御的選択の可能性。著者提供
大きな意味を持つ複雑な問題
多くの複雑な問題がある。植物が害虫の攻撃を受けると、炭素資源が不足するため、味方の菌根菌に炭素を供給する能力が低下する。このような変化が、植物の菌類パートナーの「選択」にどのような影響を与えるかはまだわかっていない。

このような選択がどのように行われるのか、また草食動物が、植物が最も利益をもたらす菌類に報酬を与える能力をどのように妨害するのかについて、もっと理解を深める必要がある。

しかし、もし植物が害虫や病気を退治するのに役立つ菌類を選ぶことができれば、自然界のパートナーシップについての考え方が変わるかもしれない。それは農業や自然保護、傷ついた環境の回復に大きな意味を持つ。

夕空に映えるレタス畑
害虫はレタスなど多くの作物にとって大きな問題である。 hitesh 8482/Shutterstock
植物がどのように菌類を選択するかがわかれば、より防御力の高い作物への道が開け、化学合成農薬を散布する必要性が減るだろう。生態系の回復と繁栄に役立つ、エキサイティングな可能性も開けるだろう。

植物が菌類を識別し、そこから得られる利益に基づいて選択できる可能性は、生態学研究の新たなフロンティアを切り開くものである。このような地下での相互作用を探求することで、私たちは地球最古の共生のひとつである真菌の可能性を利用することに少しずつ近づいている。それは、地球上の生命を維持する複雑な関係を思い起こさせるものであり、最初の植物が太陽と菌類に手を伸ばした5億年前と同様に、今日でも重要なつながりなのである。

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