植物の病気と害虫

雑草との競合や、ウイルス、細菌、真菌、昆虫などの害虫による植物への被害は、生産性を著しく低下させ、場合によっては作物を完全に壊滅させることもあります。今日では、病害抵抗性品種の使用、生物的防除、そして植物病虫害、雑草、その他の害虫を防除するための農薬散布によって、安定した収穫量が得られています。1983年には、植物病虫害、線虫害、昆虫害による作物への被害を防ぎ、制限するために、除草剤を除く農薬に13億ドルが費やされました。農薬を使用しなかった場合の潜在的な作物損失は、この金額をはるかに上回ります。

約100年にわたり、病害抵抗性育種は世界中の農業生産性の重要な要素となってきました。しかし、植物育種によって達成される成果は主に経験的なものであり、一時的なものにとどまる可能性があります。つまり、抵抗性遺伝子の機能に関する基礎情報が不足しているため、研究は特定のターゲットを絞った探索ではなく、ランダムな研究になることが多いのです。さらに、複雑な農業生態系に新たな遺伝情報が導入されるにつれて、病原体やその他の害虫の性質は変化するため、成果は短期間で終わる可能性があります。

遺伝的変化の影響を示す好例は、雑種種子の生産を助けるためにトウモロコシの主要品種のほとんどに導入された不稔花粉形質です。テキサス（T）細胞質を持つ植物は、この雄性不稔形質を細胞質を介して伝達します。これは特定の種類のミトコンドリアと関連しています。育種家は気づいていませんでしたが、これらのミトコンドリアは病原菌が産生する毒素に対する脆弱性も持っていました。ヘルミントスポリウムメイディスその結果、1970年の夏に北米でトウモロコシ葉枯れ病が流行しました。

農薬化学物質の発見に用いられる方法も、主に経験的なものでした。作用機序に関する事前情報がほとんど、あるいは全くない状態で、対象となる昆虫、菌類、雑草を殺し、作物や環境に害を与えない化学物質を選別するために試験が行われます。

経験的なアプローチは、特に雑草、真菌性疾患、昆虫といった一部の害虫の防除において大きな成果を上げてきました。しかし、これらの害虫の遺伝子変異によって、耐性植物に対する毒性が回復したり、殺虫剤耐性を獲得したりすることがあるため、その闘いは依然として続いています。この感受性と耐性の終わりのないサイクルに欠けているのは、生物とそれらが攻撃する植物の両方に対する明確な理解です。害虫に関する知識、すなわちその遺伝学、生化学、生理学、宿主、そしてそれらの相互作用が深まるにつれて、より的確で効果的な害虫防除対策が考案されるでしょう。

本章では、植物病原体や昆虫の制御に活用できる可能性のある基本的な生物学的メカニズムをより深く理解するための、いくつかの研究アプローチを紹介します。分子生物学は、遺伝子の単離と作用の研究のための新しい手法を提供します。感受性と抵抗性の宿主植物、そして毒性と非毒性の病原体の存在を利用して、宿主と病原体間の相互作用を制御する遺伝子を同定し、単離することができます。これらの遺伝子の微細構造を研究することで、2つの生物間で生じる生化学的相互作用や、病原体および植物組織におけるこれらの遺伝子の調節についての手がかりが得られます。将来的には、抵抗性のための望ましい形質を作物に移す方法と機会を改善し、逆に、特定の雑草や節足動物害虫に対して毒性を持つ病原体を作り出すことも可能になるはずです。昆虫の神経生物学、および変態、休眠、生殖を制御する内分泌ホルモンなどの調節物質の化学と作用についての理解が深まると、ライフサイクルの重要な段階で害虫の生理機能と行動を阻害することで害虫を防除する新たな道が開かれるでしょう。