植物の自己防御物質フィトアレキシンの多様性

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フィトアレキシンの単離・構造解析に関する研究は20世紀後半に盛んに行われ，非常に多くの成果が蓄積された．21 世紀に入ってからのフィトアレキシン研究はその生合成や誘導機構に関するものが中心になってきており，いわゆる「モノ取り」的な研究はやり尽くされた感があった．しかし，近年イネ科やアブラナ科植物の研究で，従来考えられていたよりも多様な化合物がフィトアレキシンとして機能していることがわかってきた．

フィトアレキシンとは

フィトアレキシン

*

¹（phytoalexin）とは1940年に MüllerとBörgerによって最初に提唱された概念である⁽¹⁾

．現在はおおむね「健全な組織には（ほとんど）存

在しないが，病原菌の感染を受けたときに植物が

で生合成する低分子抗菌活性物質」のように理解されている．植物の生産する抗菌性物質については，か

つてはInghamの提唱した分類（フィトアレキシン，プロヒビチン，インヒビチン，ポストインヒビチン）⁽²⁾が用いられる場合が多かったが，現在はVanEttenらの提唱したフィトアレキシンとフィトアンチシピン（phyto- anticipin）の2つに分類する体系⁽³⁾が広く受け入れられているようである．VanEttenらの定義では，フィトアンチシピンは「植物が生産する低分子抗菌活性物質でフィトアレキシン以外のもの」ということになる．しかし，これらの用語の使われ方にはやや曖昧な部分もあり，厳密にはフィトアンチシピンに分類されるべきものや昆虫による食害など病原菌以外のストレスに応答して生産される物質をフィトアレキシンと呼んでいる場合も散見される．

フィトアレキシンの単離が最初に報告されたのは 1960年であり，エンドウのピサチンが初めて物質として単離されたフィトアレキシンである⁽⁴⁾

．その後，多く

のフィトアレキシンの単離・構造解析に関する論文が報告され，フィトアレキシンの化学構造はフラボノイド，

テルペノイドを中心に多岐にわたることが明らかとなった⁽⁵⁾

．一般に特定の植物の作るフィトアレキシンは基本

骨格が同一の類縁体からなる場合が多い．また，マメ科

日本農芸化学会

● 化学と生物

【解説】

Structural Diversity of Phytoalexins Morifumi HASEGAWA, 茨城大学農学部

*¹一般的には英語の発音に近い「ファイトアレキシン」と表記されることが多いが，文部科学省学術用語集では「フィトアレキシン」と掲載されているため，本稿では「フィトアレキシン」を用いることとした．

植物は自ら作る多様な抗菌性物質で病原菌に対抗する

長谷川守文

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植物のイソフラボノイド系フィトアレキシンやアブラナ科植物のインドール系フィトアレキシンのように科に特徴的なフィトアレキシンの生産が見られることもある．

イネのフィトアレキシン 1. イネのフィトアレキシンの発見

イネのフィトアレキシンに関する研究については，広島農業短大の植原による1958年の報告⁽⁶⁾が最も古い文献のようである．植原はいもち病菌胞子懸濁液をイネ葉身の付傷部に滴下し，24時間後に回収した懸濁液中にはいもち病菌胞子発芽阻害活性物質が含まれることを見いだし，イネはいもち病菌胞子との接触によってフィトアレキシンを生合成すると考察した．植原の発見以降，

イネフィトアレキシンを物質として同定しようという試みが日本の研究者を中心になされたが，約20年間は物質の同定には至らなかった．そのような状況を打ち破ったのが1977年に発表された英国シェル研究所のCart- wrightらのモミラクトンA, Bのフィトアレキシンとしての再発見の論文である⁽⁷⁾

．Cartwrightらは病原菌には

直接的な抗菌活性を示さず植物自身の抵抗性を増強することによって病原菌の防除を可能とする薬剤（植物抵抗性誘導剤）の開発候補化合物であったWL 28325を処理したイネにいもち病菌を感染させた場合，その抽出物は

WL 28325未処理イネの抽出物よりも高い抗菌活性を示すことを見いだし，抽出物中に含まれる抗菌活性物質としてモミラクトンAおよびBを同定した．モミラクトン A, Bはすでにイネ籾殻中に含まれる植物成長阻害物質として東北大の加藤らによって1973年に報告されていたジテルペン化合物であった⁽⁸⁾

．モミラクトンA, Bは

健全葉にはほとんど存在せず，病原菌などのストレスを受けた葉で生合成が誘導されるため，イネの葉においてはフィトアレキシンとして機能していると考えられている．しかし，イネの小穂や根ではストレスとは関係なく生合成されるとがわかっており，イネの根から分泌されるモミラクトンBはアレロパシー物質であると考えられている⁽⁹⁾

．

2. 続々と報告されるイネのフィトアレキシン

モミラクトンに続き，1980年代には茨城大学の赤塚・

児玉らのグループによってモミラクトンとは炭素骨格の異なるジテルペン化合物オリザレキシンA‒Dがイネフィトアレキシンとして報告された^(10, 11)

．これらは自

然に発生したイネいもち病罹病葉の病斑部抽出物中から単離・構造決定された．その後，茨城大学のグループでは，より効率的にフィトアレキシンの生合成を誘導する紫外線照射を用いて，さらにオリザレキシンE^(12)， F⁽¹³⁾

，

オリザレキシンS⁽¹⁴⁾

，サクラネチン

⁽¹⁵⁾を報告した．これ

● 化学と生物

「フィトアレキシンは体にいいものなのでしょうか？」という質問をかなり前に受けたことがある．あるテレビ番組の制作会社から研究室にかかってきた電話でのことだった．その時の筆者の答は「一部のフィトアレキシンは実験動物や細胞を使った実験で体に良いかもしれないと解釈されるような活性が報告されていますが，そういうものは例外でおそらくほとんどのフィトアレキシンはどちらかと言えば体に悪い可能性が高いです」というようなものだったと思う．この答は番組制作上のストーリーとは食い違っていたようで，先方は残念そうだったことを覚えている．その後，この番組は別件での捏造問題が発覚して放送打ち切りになった．あの時，相手の都合のいいストーリーに誘導された適当なコメントをしなくて良かったと思ったものである．

実はフィトアレキシンのヒトや哺乳動物に対する活性はほとんどわかっていないのが現状である．ブドウやピーナッツのフィトアレキシンであるレスベラトロールは，赤ワインに含まれる「体にいい」成分

として，そのアンチエイジング効果などが非常に精力的に研究されている．そのほかにもダイズのグリセオリンなどがヒトに対する有益な活性があるかもしれないとして研究対象になっている．イネのフィトアレキシンでは，モミラクトンBやサクラネチンについてがん細胞や哺乳動物などに対する生理活性の報告がある．しかし，これらは例外的なもので，ほとんどのフィトアレキシンは植物病原菌に対する抗菌活性以外の活性はわかっていない．ヒトに対して毒になるか薬になるかと問われれば，多くのフィトアレキシンは（摂取量次第だが）毒になる可能性が高いと考えるのが妥当であろう（もちろん実験をや

らないことには確かなことは何も言えないが）．

コラム

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らのうち，サクラネチンだけがジテルペンではなくフラバノン骨格をもつ化合物であり，これはサクラの樹皮に含まれるフラボノイド配糖体であるサクラニンのアグリコンとして東京大学の朝比奈によって1908年に報告されていた化合物である⁽¹⁶⁾

．一方，明治製菓の古賀らは

1995年にイネ紋枯病菌に感染させたイネ葉鞘からファイトカサンA‒Dの単離を報告した⁽¹⁷⁾

．さらに，古賀ら

は1997年にジャガイモ疫病菌由来のエリシターで処理したイネ培養細胞からファイトカサンEの単離も報告している⁽¹⁸⁾

．

この時点までにイネのフィトアレキシンとして，ジテルペンが14種類，フラバノンが1種類の計15種類の化合物が報告されたことになる．ジテルペン系フィトアレキシンは基本となる炭素骨格に基づいて，ピマラジエン骨格をもつモミラクトンA, B, サンダラコピマラジエン骨格をもつオリザレキシンA‒F，ステマレン骨格をもつオリザレキシンS，カサジエン骨格をもつファイトカサンA‒Eの4つのグループに分けることができる．これらのフィトアレキシンの炭素骨格の生合成による作り分けは興味深い研究テーマであり，4種類の炭素骨格の形成に関与するジテルペン環化酵素遺伝子が同定されている（詳しくは本誌などの総説^(19, 20)を参照されたい）

．

3. 最近報告されたイネのフィトアレキシン

新たなイネのフィトアレキシンはファイトカサンEの発見を最後にしばらく報告されなくなった．筆者もさすがにこの段階でイネフィトアレキシンはほぼ出そろったのではないかと考えていた．そこで，イネのフィトアレキシンに関する次の段階の物質レベルでの研究として，

フィトアレキシンの生合成中間体や代謝産物を明らかにしようとする研究に取り組んでいた．筆者らはそのような物質を探索するために紫外線照射イネ葉抽出物と未照射の抽出物をGC/MSやLC/MSによって分析し，そのプロファイルを比較する方法で紫外線照射によって特異

的に誘導される物質の探索を試みていた．その研究の過程で，既知のフィトアレキシンとは異なる新しいフィトアレキシンを発見することとなった．

2013年にはカスベン骨格をもつジテルペン化合物 - 10-オキソデプレッシンをイネの新規フィトアレキシンとして報告した⁽²¹⁾

．従来知られていたイネのジテルペ

ン系フィトアレキシンは植物ホルモンであるジベレリンと同様にゲラニルゲラニル二リン酸が2段階の環化反応を受けて生合成されることが明らかにされており^(19, 20)

，

これらはラブダン関連ジテルペンという分類に属している⁽²²⁾

．一方，

-10-オキソデプレッシンはラブダン関連ジテルペンとは異なるカスベン骨格をもっていた．筆者らが -10-オキソデプレッシンを報告するまでは，カスベン関連骨格を有するジテルペンはトウゴマ（英名は castor bean）などのトウダイグサ科植物と軟質サンゴからのみ報告されていた比較的まれなタイプのジテルペンであった． -10-オキソデプレッシンのエナンチオマーである10-オキソデプレッシンも軟質サンゴ

から単離された10-ヒドロキシデプレッシンの誘導体として得られたものである⁽²³⁾

．

Parkらは紫外線照射したイネ葉に蓄積する -ベンゾイルトリプタミンや -シナモイルトリプタミンなどのアミド化合物がイネ白葉枯病菌などに対して抗菌活性を示すことから，これらをイネのフィトアレキシンとして 2014年に報告した⁽²⁴⁾

．筆者らも紫外線照射イネ葉にア

ミド化合物が蓄積することを確認し，そのうち -ベンゾイルトリプタミンや -シナモイルトリプタミンはイネいもち病菌に対して抗菌活性を示すことを明らかにした⁽²⁵⁾

．さらに，筆者らはいもち病菌を接種したイネ葉

にこれらの化合物が蓄積することも確認した．これにより， -ベンゾイルトリプタミンや -シナモイルトリプタミンもイネのフィトアレキシンであることが明確に図1^■1997年以前に報告されていたイネのフィトアレキシン

図2■2013年以降に報告されたイネのフィトアレキシン

● 化学と生物

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なった．

つい最近，鳥取大の石原らはオオムギ斑点病菌を感染させたオオムギから単離されたアミン類がイネごま葉枯病菌を接種したイネにおいても蓄積することを報告した⁽²⁶⁾

．このアミン類はオオムギ斑点病菌胞子発芽阻害

活性を有しており，オオムギの新たなフィトアレキシンであると考えられる．これらがイネの病原菌に対しても抗菌活性をもつことが明らかになれば，新たなイネのフィトアレキシンとなる可能性も高い．

4. イネの自己防御物質の多様性

これらの一連の研究の過程で既知のフィトアレキシンであるファイトカサンの類縁体ファイトカサンFも新たなフィトアレキシンとして発見されており⁽²⁷⁾

，イネの

フィトアレキシンは全19種類（内訳はジテルペン16，

アミド2，フラバノン1）ということになった．現在までのイネフィトアレキシン研究の多くはジャポニカ種のイネを用いて行われている．一方，インディカ種や野生種のイネでは，ジテルペン生合成遺伝子の機能解析などにより，ジャポニカ種とは異なったラブダン関連ジテルペンフィトアレキシンも作るのではないかと推測されて

いる^(28, 29)

．また，フィトアレキシンではなくフィトア

ンチシピンに分類される物質であるが，イネ葉からは抗いもち病菌物質として酸化型脂肪酸⁽³⁰⁾やセスキテルペン化合物⁽³¹⁾

，抗白葉枯病菌物質としてラブダン関連ジ

テルペンであるオリザライド類^(32, 33)が報告されている．

トウモロコシのフィトアレキシン

イネと並ぶ重要穀物であるトウモロコシでは，古くからDIMBOAなどのベンゾキサジノイド化合物がフィトアンチシピンとして知られており，病原菌に対してだけではなく食害昆虫に対する防御物質としても機能していると考えられている⁽³⁴⁾

．一方，フィトアレキシンにつ

いては近年まで報告がなかった．しかし，2011年に Schmelzらはクモノスカビを接種したトウモロコシにジテルペン化合物カウラレキシン類が蓄積することを見いだし，これらが抗真菌活性と昆虫の摂食阻害活性を示すことを確認し，カウラレキシン類がトウモロコシのフィトアレキシンであることを明らかにした⁽³⁵⁾

．さらに，

同じ研究グループは赤かび病菌を接種したトウモロコシからセスキテルペン化合物ゼアレキシン類も発見し，これらもフィトアレキシンとして働くことを明らかにしている⁽³⁶⁾

．

アブラナ科植物のフィトアレキシン

アブラナ科植物のフィトアレキシンは，シロイヌナズナのカマレキシンやハクサイのブラシニンをはじめほとんどがトリプトファンを生合成前駆体とすると考えられるインドール化合物である．この分野の第一人者であるカナダ・サスカチュワン大学のPedrasらは精力的にアブラナ科植物のインドール系フィトアレキシンの単離・

同定を続けており，その成果は総説にまとめられてい

る^(37, 38)

．しかし，最近になってアブラナ科のオランダ

ガラシ（クレソン）やフユガラシからトリプトファンではなくフェニルアラニンから生合成されると予想される新しいグループのフィトアレキシンであるナスターレキシン類がPedrasらによって報告された^(39, 40)

．

図3■トウモロコシのフィトアレキシンとフィトアンチシピンの代表例

図4■アブラナ科植物のフィトアレキシンの代表例

● 化学と生物

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フィトアレキシンの多様性には必然性がある植物病原菌は宿主植物のフィトアレキシンに対する耐性をある程度獲得してきたと考えられており⁽⁴¹⁾

，その

ような耐性機構の一つとしてフィトアレキシンの解毒代謝が挙げられる⁽⁴²⁾

．たとえば，エンドウのフィトアレ

キシンであるピサチンはの作るチ

トクロムP450酵素であるピサチンデメチラーゼにより抗菌活性の低い化合物へ変換されることが知られている⁽⁴³⁾

．アブラナ科植物のインドール系フィトアレキシ

ンについてはPedrasらによって病原微生物による多くの代謝変換の例が報告されている⁽³⁸⁾

．筆者らもイネの

フィトアレキシンであるモミラクトンAとサクラネチンがイネいもち病菌によって抗菌活性の低い化合物へ代謝されることを発見している^(44〜47)

．このように植物の

抵抗性に対抗して進化する植物病原菌に対応するためには，植物側も自己防御物質を多様化するのは必然的なことだと考えられる．

ここまで紹介したように，イネ，トウモロコシ，アブラナ科植物などで2010年以降に続々と新しいフィトアレキシンが発見されている．しかも，既知フィトアレキシンの類縁体ではなく，その植物にとっては新しいタイプの構造をもつ化合物が報告されている．フィトアレキシンを植物から単離して構造を明らかにするという研究は20世紀後半に盛んに行われて，やり尽くされた感があった．しかし，最近の研究の進展を見ると，従来知られているフィトアレキシンは氷山の一角だったのではないかと思えるようになってきた．イネ科やアブラナ科植物において新たなフィトアレキシンが続々と発見された理由は，たまたましつこく研究を続けている研究者がいたからに過ぎないのかもしれない．今後はここで挙げたような植物以外でも予想外のフィトアレキシンやフィトアンチシピンの多様性が明らかになっていく可能性もあるのではないかと期待している．

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プロフィール

長谷川守文（Morifumi HASEGAWA）

＜略歴＞1990年茨城大学農学部農芸化学科卒業／1995年東京大学大学院農学生命科学研究科博士課程修了／1996年日本学術振興会特別研究員（PD）／1998年茨城大学農学部助手／2005年同講師／2008年同准教授，現在に至る＜研究テーマと抱負＞

植物の防御物質の多様性と植物病原菌のそれに対する耐性機構についての生物有機化学的研究＜趣味＞けん玉（YouTubeやIn- stagramで海外のけん玉プレーヤーの動画を見て久しぶりにやり始めた）＜所属研究室ホームページ＞http://seigyo.agr.ibaraki.

ac.jp

植物の自己防御物質フィトアレキシンの多様性 - J-Stage

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．現在はおおむね「健全な組織には（ほとんど）存

．その後，多く

．一般に特定の植物の作るフィトアレキシンは基本

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