菌類は、キチン質を主成分とする細胞壁� ��有する真核生物である。俗に、「かび」、� ��きのこ」、「酵母」と呼ばれる形態を有す� ��世代を内包する。このうち、主に、菌糸や� ��子(主に球形で発芽し、次世代を形成する能 力を有する)からなるもので、酵母状でない� �のを一般に糸状菌と総称する。糸状菌には� �類体系上の子嚢菌、担子菌、接合菌を含む� �

 糸状菌の生活環は無性世代と有性世代か� ��構成される。菌糸、菌核、分生子、厚膜胞� ��、bud cell(酵母状細胞)などが核相nの無性世� ��であり、菌糸の伸長、菌核や分生子などの� ��成によって遺伝的に同一の後代(クローン)� �生み出している(無性増殖)。多くの糸状菌で は、無性増殖が繰り返され、生活環の大部分 が無性世代によって占められている。

 一方、環境条件が整うと、糸状菌は有性� ��代へとその生活環を切り替える場合がある� ��子嚢菌では子嚢、担子菌では担子器のよう� ��器官を、それぞれ子嚢果(子嚢殻など)、担� �器果(いわゆる、きのこ)等の子実体上に形成 し、そこで有性生殖を行い、後代を形成する 。有性生殖では、核相nの2つの細胞が融合し� ��n+nの状態(異核共存体)になり、その後、核� �合(2n)し、相同染色体が対合、さらに減数分� ��によって核相nの後代をつくる。相同染色体 の対合から減数分裂の過程での染色体シャフ リングや乗換え等によって、遺伝子が組換わ り、親と遺伝的に異なる後代が生じる可能性 がある。その結果、後代は親と異なる性状を もつ可能性がある。子嚢菌では子嚢胞子が、 担子菌では担子胞子(担胞子)がこの後代にあ� ��る。この一連の現象を交配(mating)と呼ぶ。� �た、形成された子実体や次世代を含む一連� �器官やそれを形成する生活間の部分は完全� �代と呼ばれる。

 糸状菌は基本的に雌雄同体であるが、有� ��生殖の際に相手を要求するものとしないも� ��が存在する。相手を必要としない性質をホ� ��タリック、相手を必要とする性質をヘテロ� ��リックと呼ぶ。ホモタリックは自家和合性( self-compatible)、ヘテロタリックは自家不和合� �(self-incompatible)と理解することが可能である( 非特許文献1)。子嚢菌の基本的な有性生殖様� ��はヘテロタリックであり、ホモタリックな� ��はヘテロタリックな菌から生じたと考えら� ��ている(後述する。)。

 ヘテロタリックな糸状菌では、1種のうち に2つの交配型(MAT1-1とMAT1-2)の菌株が存在する 。交配型はその2つに限定される。MAT1-1の菌� �とMAT1-2の菌株が適した環境条件の下で出会� �と、細胞融合が起こり(この場合、雌雄同体� ��あるため、細胞融合するいずれかの細胞が� ��、もう一方が雌として機能する)、有性生殖 (上述)の一連の過程が進み、後代を形成する� ��MAT1-1の菌株同士、あるいはMAT1-2の菌株同士� ��は交配は起きない。菌株の交配型を決定し� ��いるのは、交配型遺伝子領域(MAT1)に存在す� ��1組の対立遺伝子(MAT1-1-1およびMAT1-2-1)であり 、各菌株はこの対立遺伝子のどちらかを保持 している。両遺伝子産物とも、DNA結合モチー フを有しており、交配の初期調節因子である ことが示唆されている(非特許文献1および2)� �

 従って、ヘテロタリックな糸状菌の、異� ��る交配型の菌株を適当な環境条件で掛け合� ��せる(交雑、outcross)と、完全世代を形成する 。この場合、適当な環境条件は種ごとに異な っている。例えば、Neurospora crassaでは、通常 の培地上で対峙培養すれば良い、Cochliobolus h eterostrophusでは、最少培地上に滅菌したトウ� �ロコシ葉を置き、その縁に両菌株を対峙さ� �、20℃前後、暗黒、過湿にならないように管 理すれば良い、Gibberella fujikuroiではV8寒天培� ��上に片菌株の菌糸を生育させ、そこにもう� ��菌株の分生子懸濁液をかけ、しばらく放置� ��た後に過剰な水相を除去、その後約25℃で� �養すれば良い。

 完全世代の形成に、交配型の異なる菌株� ��のoutcrossを必要としないホモタリックな糸� �菌では、交配型遺伝子領域に2種類の交配型� ��伝子が独立してあるいは融合して存在する� ��、MAT1-1-1およびMAT1-2-1に相当する遺伝子がゲ ノム上の離れた領域に存在することが見出さ れており、ヘテロタリックな菌から、ホモタ リックな菌が進化上生じたことを示唆してい る(非特許文献3)。

 以上のことは、糸状菌が交配を行い、完� ��世代を形成するのにいずれにせよ、MAT1-1-1� �よびMAT1-2-1遺伝子の両者あるいは両者の産物 が必要であることを示している。

 糸状菌の中には、これまで交配および完� ��世代の形成が観察されていない種が多く存� ��する。完全世代を形成しないことから、こ� ��らの糸状菌は、不完全菌と呼ばれる。過去� ��、これらの菌は、Deuteromycotina(不完全菌亜門 )あるいはFungi imperfecti(不完全菌類)としてま� ��められて来たが、近年は分子系統解析の進� ��によって、近縁の交配可能種との系統関係� ��明らかにされるようになっており、過去のD euteromycotinaあるいは、Fungi imperfectiのような� �群は無意味なものとして理解されている(非� ��許文献4)。ここでは、交配が観察されてい� �い糸状菌を「交配不全性糸状菌」と呼ぶこ� �とする。交配不全性糸状菌は交配できない� �め、遺伝子機能の遺伝的解析(交配検定)や、 交配による育種が不可能であった。交配が可 能になれば、交配検定による遺伝子機能の解 析が格段に進歩すること、麹菌等でより良好 な形質の菌の育種が可能になり、科学的、産 業的に意義深いものとなる。

 交配不全性の糸状菌は多種に亘る。重要� ��物病原糸状菌として、Fusarium oxysporum、Vertic illium dahliae、Alternaria alternata、Penicillium itali cumなど、多くの交配不完全性種が報告されて いる(非特許文献5、不完全菌類の項目参照)。 また、我が国の国菌とも言われる黄麹かびAsp ergillus oryzaeも交配不完全性種である。その� �か、抗生物質産生菌であるPenicillium spp.や、 家庭内で問題となる黒かび類(Cladosporium spp.� �Alternaria spp.など)も多くは交配不完全性であ る。

 従来は、交配不全性の糸状菌を交配する� ��立ては、種の起源地(多様性が豊かであると 想定される)などから交配能を保持する株を� �し出し、これと交配することのみであった� �例として、イネいもち病菌(Magnaporthe oryzae、 不完全世代Pyricularia oryzae)は長く交配不全性� ��菌として知られていたが、中国昆明由来の� ��ネいもち病菌が実験室レベルで交配能を持� ��こと、その後、ベトナム北部、インド北西� ��からも交配能を持つイネいもち病菌が採集� ��れたことが報告されている。さらにまた、� ��来より交配困難であった担子菌ブクリョウ� ��交配を、アイソザイム分析による交配菌株� ��選択によって可能とした例もある(特許文献 1)。

 このような方法による交配不全性の糸状� ��の交配は、交配不全性菌と同種の交配能を� ��する株が偶然にも見出された場合にのみ可� ��になり、しかも交配不全株を交配できるよ� ��にしたとは言えない。すなわち、日本や韓� ��などで実際に圃場で発生しているイネいも� ��病菌菌株は交配不全性なままである。

 交配能を有することが知られているヘテ� ��タリックな糸状菌(例えばNeurospora crassa)で� �、テスター菌株との交配試験によって、各� �株の交配型(MAT1-1かMAT1-2のどちらであるか)を 検定することが容易である。その結果に基づ いて、交配型の異なる菌株を適当な条件で掛 け合わせ、交配させ、完全世代を形成するこ とができる。

 しかし、交配不全性の糸状菌では、以前� ��、そもそも菌株の交配型を検定することす� ��不可能であった。言い換えれば、交配不全� ��の糸状菌菌株に交配型があるのかどうかも� ��からなかった。

 非特許文献6および関連する特許「交配型 遺伝子上の特定部位を増幅させるためのプラ イマー;特許3718755」(特許文献2)は、PCR法に基� ��いて、交配不全性糸状菌の菌株の交配型の� ��定を可能にした。(もちろん、この方法は、 交配能を持つ糸状菌にも適用可能である。)

 この手法を利用して、交配不全性糸状菌� ��あるFusarium oxysporum、Alternaria alternata、日本 産のMagnaporthe oryzaeの種内に交配型が異なる� �株が存在するかどうかを調査、両交配型の� �株が存在すること(非特許文献6、7、8、9)を� �した。さらに、その検定結果に基づいて、� �なる交配型の菌株間の掛け合わせ試験を行� �たが、いずれも交配には至らなかった(非特� ��文献7、9)。

 交配不全性菌が交配不全である原因とし� ��、以下の事項(1)、(2)及び(3)が推定された。( 1)交配の初期調節因子である交配型遺伝子領� ��あるいは交配型遺伝子領域の遺伝子(交配型 遺伝子)が存在しないか機能不全である、(2)� �の下流(以降の意味)で機能するシグナル伝達 系の不全、(3)片方の交配型の菌株しか存在し ない(交配パートナーの不在)。これらを検証� ��た従来の研究例を概説する。

 交配不全性の菌が交配能を有する近縁の� ��と同等の交配型遺伝子領域を持つこと、そ� ��領域にコードされている交配型遺伝子が、� ��配能を有する近縁の菌とほぼ相同であるこ� ��が、Bipolaris sacchari、Fusarium oxysporum、Alternar ia alternata、日本産Magnaporthe grisea等を用いて� ��されている(非特許文献7、9、10)。また、こ� ��らの交配型遺伝子が発現していることが示� ��れている(非特許文献9、10、11)。

 また、交配不全性の菌の交配型遺伝子が� ��能を持つことは、交配不全性の菌の交配型� ��伝子を、ヘテロタリックな交配能を有する� ��縁の菌の交配型遺伝子領域を除去した交配� ��全性変異菌株をレシピエントとして導入し� ��場合に、交配能が回復することで報告され� ��。この様な手法を用いた研究例は、交配不� ��性のBipolaris sacchariおよびAlternaria alternataに ついての2つの報告(非特許文献7,11)のみがあ� �が、いずれでも、交配不全性の菌の交配型� �伝子領域を導入した、レシピエントのゲノ� �領域は交配型遺伝子領域(MAT1)ではない。 

 交配型遺伝子産物は、既述したようにDNA� ��合部位を有し、これがゲノムDNAに結合する� ��とによって、交配に係わる、フェロモンや� ��ェロモン受容体遺伝子の発現を調節すると� ��れる。フェロモンは、異なる菌株のフェロ� ��ン受容体と結合し、その情報が、シグナル� ��達系であるG-タンパク質、MAPキナーゼ、cAMP� ��STE12タンパク質などの調節因子を介して核� �に伝えられ、細胞融合、核融合、子実体の� �成、後代の形成などの一連の交配挙動が起� �るとされている。

 これまでに、交配不全性糸状菌のいくつ� ��で、フェロモンやフェロモン受容体、G-タ� �パク質、MAPキナーゼ等の遺伝子が解析され� �それらが、交配能を有する菌と同様に機能� �ていることが示されている。

 以上のことは、交配不全性の原因と考え� ��れた上記(1)および(2)を否定し、交配不全性� ��菌が基本的に交配能を有する可能性を示し� ��いるかもしれない。

 非特許文献8は、交配不全性のトマト萎凋 病菌(F. oxysporum f. sp. lycopersici)菌株がF. oxys porumの系統樹中で3つの系統を形成すること、 異なる系統に含まれる菌株では、菌糸融合群 が異なること、各系統に含まれる萎凋病菌菌 株は菌糸融合群が同一であるばかりか、交配 型も1つに限られることを報告した。

 非特許文献12は、交配不全性の原因追及の� �環としてFusarium oxysporumの交配型遺伝子領域( MAT1)の入換え株の作出を試みた。

特開平07-227164号公報

特許3718755号公報 「交配型遺伝子上の特 定部位を増幅させるためのプライマー」 Debuchy R, Turgeon BG (2006) Mating-type structu re, evolution, and function in euascomycetes.  In Th e Mycota I (Kues & Fisher eds.), Springer-Verlag,  Berlin. pp. 293-323 Shiu PK, Glass NL (2000) Cell and nuclear reco gnition mechanisms mediated by mating type in filamen tous ascomycetes. Curr Opin Microbiol 3:183-188 Yun SH, Berbee ML, Yoder OC, Turgeon BG (1999)  Evolution of the fungal self-fertile reproductive li fe style from self-sterile ancestors.  Proc Natl Aca d Sci USA 96:5592-5597 宍戸和夫ら、キノコとカビの基礎科学と バイオ技術、アイピーシー、2002 米山勝美ら編、植物病原アトラス、ソフ トサイエンス社、2006 Arie, T., Christiansen, S. K., Yoder, O. C. an d Turgeon, B. G. (1997). Effecient cloning of ascomy cete mating type genes by PCR amplification of the  conserved MAT HMG box. Fungal Genet Biol 21: 118-130 Arie, T., Kaneko, I., Yoshida, T., Noguchi, M.,  Nomura, Y. and Yamaguchi, I. (2000). Mating type g enes from asexual phytopathogenic ascomycetes, Fusarium  oxysporum and Alternaria alternata. Mol Plant-Microbe  Interact 13 (12):1330-1339 M. Kawabe, Y. Kobayashi, G. Okada, I. Yamaguchi , T. Teraoka and T. Arie (2005). Three evolutionary� �lineages of tomato wilt pathogen, Fusarium oxysporum� �f. sp. lycopersici, based on sequences of IGS, MAT1 , and pg1, are each composed of isolates of a sing le mating type and a single or closely related vege tative compatibility group. J Gen Plant Pathol:71 (4) :263-272 Masaki Kanamori, Hana Kato, Nobuko Yasuda, Shinz o Koizumi, Tobin L. Peever, Takashi Kamakura, Tohru  Teraoka, Tsutomu Arie (2007) Novel mating type-depende nt transcripts at the mating type locus in Magnaport he oryzae. Gene 403:6-17 Sharon A., Yamaguchi K., Christiansen S., Horwit z B.A., Yoder O.C., Turgeon B.G., 1996. An asexual  fungus has the potential for sexual development. Mol� �Gen Genet 250: 11-122 Yun, Sung-Hwan, Arie, Tsutomu, Kaneko, Isao, Yod er, O. C., Turgeon, B. Gillian, 2000. Molecular Orga nization of Mating Type Loci in Heterothallic, Homoth allic, and Asexual Gibberella/Fusarium Species. Fungal� �Genet Biol 31: 7-20 今井峻介、寺岡 徹、有江 力 2007. 「Fu sarium oxysporumの交配型遺伝子領域(MAT1)の入換� ��株の作出」 平成19年度日本植物病理学会関 東部会講演要旨集 8