私たちが毎日口にするお米や小麦。その作物が育つ土の中、根の周りに、まだ誰も見たことのない広大な微生物の世界が広がっていることをご存知でしょうか？そこは、未来の食糧問題を解決するカギを握る、まさに「忘れられたフロンティア」かもしれません。この度、植物の根を取り巻く「根圏マイクロバイオーム」から、なんと1,817種もの新種の細菌と、1,572属もの未知のウイルスが発見されました。この驚くべき研究は、持続可能な農業の実現に向けた、まったく新しい扉を開くものです。土の下に隠された、生命の宝庫を巡る旅にご案内します。
以下は、2025年5月1日に学術誌『Cell』に掲載されたオープンアクセス論文に関するニュースの日本語リライトです。
根圏の全球ゲノム調査により、1,817種の新種細菌と1,572属の未報告ウイルスが明らかに
・忘れられたフロンティア：根のマイクロバイオームに宿る広大な生命
2025年5月1日に学術誌『Cell』で発表された画期的なオープンアクセスの研究で、北京大学および中国科学院のヤン・バイ博士（Yang Bai, PhD）が率いる国際科学コンソーシアムが、食用作物の根に隠された驚くべき微生物の世界を発見しました。
この研究論文「Crop Root Bacterial and Viral Genomes Reveal Unexplored Species and Microbiome Patterns（作物の根の細菌およびウイルスゲノムが明らかにする未踏の種とマイクロバイオームのパターン）」は、これまでに編纂された中で最大級となる、根に関連する微生物のゲノムカタログを2つ紹介しています。これにより、小麦、米、トウモロコシ、そしてウマゴヤシ属（Medicago）の根圏に存在する、何千もの未知の細菌やウイルスの種に光が当てられました。
研究チームは、アジアとヨーロッパで採取した332の根のサンプルに対し、ハイスループットな細菌分離と深層メタゲノムシーケンシングを組み合わせることで、1,817種の新種の細菌と、これまで報告されていなかった1,572属のウイルスを特定しました。これは、根のマイクロバイオオームの複雑性、多様性、そして機能的な可能性についての私たちの理解を飛躍的に拡大させるものです。これらの発見は、農業マイクロバイオーム科学における大きな前進であり、持続可能な作物改良のための新たな道を切り拓くものです。
見えざるものを描き出す：発見への二重アプローチ
培養可能な微生物と培養不可能な微生物の両方を捉えるため、研究者たちは二重の戦略を用いました。まず、作物の根から直接何千もの細菌株を分離し、全ゲノムシーケンシングを行いました。それと並行して、異なる土壌や遺伝子型で栽培された何百もの根のサンプルについて、ショットガンメタゲノムシーケンシングを実施しました。
その結果、2つの相補的なゲノムリポジトリが作成されました。
・作物根細菌コレクション: 6,699の細菌ゲノム（既知および未知を含む）からなり、その68.9%が培養された分離株に由来します。
・作物根ウイルスコレクション: 9,736の重複しないウイルスゲノム（既知および未知を含む）を含み、その大半はバクテリオファージです。
これらのコレクションを合わせると、作物の根に生息する細菌の既知の系統的多様性が約300%も増加しました。これはマイクロバイオーム研究ではめったに見られない飛躍です。参考までに、既存の公開データベースに含まれる細菌ゲノムのうち、作物の根に由来するものは1%未満でした。
身近な場所での新たな機能
植物種や土壌の種類によって微生物の構成は著しく異なるにもかかわらず、本研究では、根の環境において特定の微生物機能が驚くほど保存されていることが明らかになりました。植物の成長促進に関連する遺伝子――栄養利用（窒素固定、リン酸可溶化など）、ホルモン生合成、ストレス耐性（シデロフォア産生など）の3つの主要な機能グループに分類――が広範囲に存在していたのです。
実際、細菌ゲノムの43.8%が少なくとも2つのカテゴリーの植物有益機能をコードしており、約19%は3つすべてをコードしていました。これらのゲノムは、リゾビウム科、バークホルデリア科、シュードモナス科といった、根との関連がよく知られている科に特に豊富でした。さらに、CRBCは48,000以上の生合成遺伝子クラスターを明らかにし、そのうち5,000以上は既知のどのデータベースとも類似性を示しませんでした。これは、農業や医療に応用できる可能性を秘めた天然物の、広大で未踏の宝庫があることを示唆しています。
根圏で主役となるウイルス
最も驚くべき成果の一つは、根のマイクロバイオームにおける広範なウイルスの多様性の発見でした。特定されたウイルスのほとんどはバクテリオファージで、これらは細菌に感染し、捕食、免疫、遺伝子の水平伝播を通じて微生物群集の構造を形成します。
CRVCの解析により、作物の根に生息する主要な細菌種の27%が、ファージと直接関連していることが明らかになりました。これらのファージの多くは、特に複数の作物や地理的地域にまたがって感染するもので、高い遺伝的マイクロダイバーシティ（微小多様性）を示しました。興味深いことに、CRISPR-Casや制限修飾系といった細菌の抗ウイルス防御システムは、周囲の土壌よりも根において著しく豊富でした。これは、根に関連する細菌とウイルスの間で、共進化的な「軍拡競争」が続いていることを示唆しています。
植物間で共有される機能的なコア
データセット間で根のマイクロバイオームの分類学的プロファイルは異なっていましたが、研究者たちはマイクロバイオームの機能的な構成は一貫していることを発見しました。バイオフィルム形成、運動性（鞭毛の組み立て、化学走性）、二成分制御系、膜輸送（ABCトランスポーター）に関与する遺伝子が、すべての作物と土壌で豊富に存在していました。
これは、植物種や環境を越えて微生物群集によって共有される「コア機能ツールキット」の存在を示しています。これらのツールは、根への定着、栄養交換、宿主とのコミュニケーションに不可欠である可能性が高いと考えられます。これらのコア機能は、ヒトの腸内など他の複雑なマイクロバイオームで見られるパターンを反映しており、深い進化的収斂を示唆しています。
世界のためのデータ：農業のためのオープンリソース
本研究のグローバルな影響への貢献として、CRBCおよびCRVCのデータセットは、プロジェクトのオンラインポータルを通じて無料で利用可能になっています。ユーザーはゲノム、メタデータ、アノテーション、分析ツールにアクセスでき、培養された細菌株は広東省微生物カルチャーコレクションセンターから入手できます。
このオープンアクセスプラットフォームは、研究者やイノベーターが以下の開発を行うことを可能にします。
・作物の成長と収量を向上させるためのカスタム微生物コンソーシアム
・次世代のプロバイオティクスや生物刺激剤
・化学肥料や農薬に代わるバイオベースの代替品
また、農業における精密なマイクロバイオーム工学に不可欠なステップである、株レベルでの機能検証も可能にします。
限界と今後の課題
本研究は飛躍的な進歩をもたらしましたが、著者らはいくつかの限界も認めています。存在量の少ない、あるいは希少な微生物種の多くは未解明のままです。新たに特定された何千もの遺伝子や生合成クラスターの機能的役割も不明です。さらに、研究の地理的範囲は多様であるものの、アフリカ、南米、乾燥地帯といった主要な農業地域のデータがまだ不足しています。
研究チームは、微生物ゲノムの収集、分離、メタデータ共有のための世界的な協力と標準化されたプロトコルを提唱し、科学界が協力して包括的な世界規模の作物マイクロバイオーム参照データを構築するよう呼びかけています。
ゲノムから大地へ：植物科学の新時代
この研究は、単に微生物の生命カタログを拡大するだけではありません。植物の根を生態系として捉え直すものです。作物の下に広がる細菌とウイルスの生命の全貌を明らかにし、それらの機能的・進化的ダイナミクスを描き出すことで、次世代の農業バイオテクノロジーの基盤を築きます。
農業が気候変動、土壌劣化、人口増加といった未曾有の課題に直面する中、これらの発見は希望に満ちた道を照らし出しています。それは、地上ではなく、その下、つまり微細な世界が静かに世界の食糧安全保障の未来を形作っている場所へと目を向ける道なのです。
