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球孢白僵菌杀虫抗逆相关のBbSEC22遺伝子機能解析
作成日 2024.06.29
球孢白僵菌杀虫抗逆相关のBbSEC22遺伝子機能解析
可溶性N-エチルマレイミド感受性因子結合タンパク質（SNAREs）は、真核細胞において細胞膜の融合と細胞内小胞輸送機構を仲介する中心的な成分であり、昆虫病原性真菌の成長、発達、および病原性メカニズムに重要な役割を果たしています。しかし、昆虫病原性真菌におけるSNAREsの生理学的および生物防除の潜在的貢献についてはほとんど知られていません。白僵菌（Beauveria spp.）および緑僵菌（Metarhizium spp.）などの昆虫病原性真菌は、植物食性および吸血害虫の生物防除剤として成功裏に利用されています。球孢白僵菌（Beauveria bassiana）は、古典的な昆虫病原性真菌であり、害虫駆除真菌殺虫剤として成功裏に開発されています。しかし、彼らの殺虫速度が遅く、不利な環境要因に対する耐性が低いため、彼らの応用と商業化の発展が制約されています。SNAREsは真菌において高度に保存され、広範な機能を持つため、昆虫病原性真菌におけるSNAREsの生理学的および生物防除の潜在的貢献を明らかにすることが重要です。研究者は、全ゲノム情報を活用して、球孢白僵菌の全ゲノム配列中のSNAREスーパーファミリー遺伝子を探索し、欠失および補完変異体を構築してさらなる機能特性を調べました。
比較ゲノム法に基づいて、球孢白僵菌の全ゲノムから22個のSNAREsをコードする可能性のある遺伝子が同定されました。コードされるタンパク質の保存性特徴に基づいて、これらを4つのグループに分類しました（Qa- 7個、Qb- 4個、Qc- 6個、R-SNAREs 5個）。構造ドメインの予測によると、BbSEC22には保存されたSNARE構造ドメインとC末端に位置するトランスメンブレンドメインが含まれています。SNARE構造ドメインの保存アミノ酸残基はRであり、BbSEC22がR-SNAREスーパーファミリーに属することを示しています。R-SNAREをコードする遺伝子BbSEC22は、遺伝子欠失変異と補完によってさらに機能的に特徴付けられました。25℃の培養条件下で、BbSEC22を欠損させると、細胞形態に明らかな変化が見られます。野生型株および∆BbSEC22補完株と比較して、∆BbSEC22変異株のコロニーは小さく、菌糸の縁はより薄く、外観はよりふわふわしています。平板上で8日間成長させた後、∆BbSEC22のコロニーのサイズは対照株（約7.0 cm2）よりも28.5％小さくなり、∆BbSEC22変異株の菌糸の乾燥重量も15.3％著しく減少しました。孵化中、コロニーから測定された分生胞子の収量は、∆BbSEC22変異株と対照株の間で有意な差がありました。野生型株および補完株は、3日目から胞子を生産し始め、8日目には生産された分生胞子が欠損変異株よりも明らかに多かった。対照株と比較して、∆BbSEC22変異株の最終的な分生胞子収量は43.1％著しく減少しました。さらに、∆BbSEC22変異株は分生胞子の発芽に明らかな遅れを示しました。この研究では、BbSEC22が欠損すると、菌糸の耐ストレス能力が著しく低下し、BbSEC22の欠損したコロニーは2種類の殺菌剤に対する耐性が著しく低下しました。1µg mL−1の多菌灵および0.1 mg mL−1の二甲基氯酮が添加された培地で育った∆BbSEC22のコロニーの相対成長抑制率はそれぞれ19.1％および9.8％増加しました。欠損変異株と対照株の胞子の生存率に対する高温の影響を調べた研究では、対照株のLT50と比較して、∆BbSEC22の胞子は45℃の熱ストレスに対する耐性が18.7％低下しました。さらに、BbSEC22の破壊は斜夜蛾の幼虫の分生胞子毒性を著しく低下させることが明らかになりました。
総じて、球胞白僵菌R-SNAREタンパク質BbSEC22は、球胞白僵菌の栄養成長、無性胞子形成、分生胞子の発芽、多様な逆境に対する耐性、および殺虫毒力の調節に重要な役割を果たすことが明らかにされました。将来の研究は、他のSNAREsの特性化とこれらのSNARE複合体が伝達する標的タンパク質に焦点を当てるべきであり、これによりSNAREsが真菌の発育と小胞輸送を仲介する関係をより明確にすることができ、巨大な害虫防除潜在を持つ球胞白僵菌の新しい株の開発に新たな手段を提供する可能性があります。
図1 BbSEC22欠損による白僵菌の菌糸成長、胞子形成能力、および分生子芽出しに与える影響。
図2 BbSEC22遺伝子欠失が耐性と殺虫毒性に与える影響
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