北大・理研ら、ニコチンが根の微生物を選ぶ仕組みを解明

ニュース紹介

「植物の毒が微生物のエサになる－タバコが作るニコチンの根圏微生物叢形成における機能を発見－」

北海道大学教育イノベーション機構の島﨑智久助教、同大学院理学研究院の中野亮平教授、理化学研究所環境資源科学研究センターの増田幸子研究員、白須賢グループディレクター、市橋泰範チームディレクター、京都大学生存圏研究所の杉山暁史教授、矢﨑一史特任教授らの共同研究グループは、植物がつくる毒性成分（特化代謝産物）を使って根圏の微生物叢を制御する仕組みを解明したと発表しました。

研究グループは、タバコがつくる毒性アルカロイドであるニコチンを、特定の根圏細菌であるアルスロバクター属細菌が分解・資化することで、根圏微生物叢のなかで競合優位性を獲得することを明らかにしました。またアルスロバクター属細菌は、遺伝子の水平伝播によってニコチン分解遺伝子を獲得していました。ニコチンは地上部と地下部で異なる生理機能を発揮するとしています。研究成果は「Horizontal acquisition of nicotine catabolism gene cluster enhances Arthrobacter fitness within tobacco root microbiota」としてMicrobiome誌に2026年7月15日付でオンライン掲載されました。

出典：理化学研究所 2026年7月27日 プレスリリース
https://www.riken.jp/press/2026/20260727_1/index.html

FrontJournalの解説

この研究分野について

植物の根のまわりの土壌は「根圏」と呼ばれ、多様な細菌や糸状菌が集まって「根圏微生物叢」をつくっています。この微生物の集まりは、病害や乾燥といったストレスを和らげたり、栄養の吸収を助けたりして、植物の生育に大きく関わることが分かってきました。

そこで問いになるのが、植物はどうやってこの微生物の集まりをつくり、その働きを制御しているのか、という点です。近年は微生物の力で化学肥料や農薬を減らす取り組みが世界的に進み、微生物資材やバイオスティミュラント（生物由来の作物活力剤）の市場も拡大しています。欧州連合（EU）では2022年7月に施行された肥料規則で微生物由来の植物バイオスティミュラントが製品カテゴリーとして定義されるなど、制度の整備も進んでいます。土の中で何が起きているかを分子のレベルで説明できれば、こうした資材の設計はより確かなものになります。

①「毒」が選別の道具になっていた

ニコチンは、タバコが害虫や動物から身を守るためにつくる毒性のアルカロイドとして知られてきました。今回明らかになったのは、この物質が地下では別の役割を果たしているという点です。アルスロバクター属細菌はニコチンを分解して自分の栄養源として使えるため、ニコチンがある環境では他の細菌よりも有利になります。

つまり植物にとってのニコチンは、地上では防御物質として働き、地下では特定の微生物を選び取るふるいとして働いていることになります。研究発表でも「ニコチンは地上部と地下部で異なる生理機能を発揮する」と述べられており、1つの物質に2つの顔があったという整理ができます。

②遺伝子の水平伝播が示す適応の速さ

もう1つの発見が、アルスロバクター属細菌がニコチン分解の遺伝子を水平伝播で獲得していたことです。水平伝播とは、親から子へ受け継ぐ縦の流れではなく、別の個体や別種の細菌から遺伝子をまるごと受け取る仕組みを指します。

この経路があると、細菌は世代交代を待たずに新しい能力を手に入れられます。タバコの根という特定の環境に適応するうえで、必要な遺伝子群を素早く取り込んだ結果が今回の優位性につながった、という筋書きです。植物と微生物の関係が固定されたものではなく、遺伝子のやり取りを通じて組み変わりうることを示す例といえます。研究グループは、根圏微生物を利用した持続可能な農業生産への進展に期待するとしています。

編集部からひとこと

「毒でもある物質が、特定の微生物にとってはごちそうになる」という構図が、そのまま植物のパートナー選びになっているという話です。植物が微生物を呼び寄せる仕組みは糖などの分泌物で説明されることが多かったので、防御物質が選別に使われているという整理は視点として新しく感じます。作物ごとに似た仕組みが見つかれば、土づくりの考え方そのものが変わっていくかもしれません。

FrontJournal編集部