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枯らしてしまうこともあります。今日では、耐病性品種の使用、生物的防除、そして植物病害、昆虫、雑草、その他の害虫を防除するための農薬の使用によって、安定した作物収量が得られています。1983年には、除草剤を除く農薬に13億ドルが費やされ、植物病害、線虫、昆虫による作物への被害を防除・抑制しました。農薬を使用しない場合の潜在的な作物損失額は、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において重要な要素となってきた。しかし、植物育種によって得られた成果は、大部分が経験的なものであり、一時的なものに過ぎない。つまり、抵抗性遺伝子の機能に関する基礎知識が不足しているため、研究は特定の対象を絞った探索ではなく、しばしば無作為に行われている。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が変化するため、得られた成果は短命に終わる可能性がある。

遺伝子変化の影響を示す優れた例として、ハイブリッド種子の生産を促進するために主要なトウモロコシ品種のほとんどに導入された雄性不稔形質が挙げられる。テキサス（T）細胞質を持つ植物は、細胞質を介してこの雄性不稔形質を伝達する。これは特定の種類のミトコンドリアと関連している。育種家には知られていなかったが、これらのミトコンドリアは病原性真菌が産生する毒素に対する脆弱性も持っていた。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病が大流行した。

農薬化学物質の発見に用いられる方法も、大部分は経験的なものである。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、標的となる昆虫、真菌、雑草を殺しつつ、作物や環境に害を与えない化学物質を選定するために、様々な化学物質が試験される。

経験的手法は、特に雑草、真菌性疾患、昆虫などの害虫防除において大きな成功を収めてきたが、害虫の遺伝的変化によって耐性植物品種に対する病原性が回復したり、殺虫剤に対する耐性を獲得したりすることが多いため、その闘いは絶え間なく続いている。この一見終わりのない感受性と耐性のサイクルにおいて欠けているのは、害虫とその攻撃対象となる植物の両方に対する明確な理解である。害虫の遺伝学、生化学、生理学、宿主、そしてそれらの相互作用に関する知識が深まるにつれて、より的確で効果的な害虫防除対策が考案されるだろう。

本章では、植物病原体や昆虫の防除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する。分子生物学は、遺伝子の分離と作用の研究のための新しい技術を提供する。感受性および抵抗性の宿主植物、そして病原性の強い病原体と弱い病原体の存在は、宿主と病原体の相互作用を制御する遺伝子を特定し、分離するために利用できる。これらの遺伝子の微細構造の研究は、2つの生物間で起こる生化学的相互作用、および病原体と植物組織におけるこれらの遺伝子の調節に関する手がかりをもたらす可能性がある。将来的には、作物に望ましい抵抗性形質を導入する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病原性を持つ病原体を作り出すことが可能になるはずである。昆虫の神経生物学、そして変態、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的性質と作用に関する理解が深まることで、ライフサイクルの重要な段階で昆虫の生理機能や行動を阻害することにより、害虫を制御するための新たな道が開かれるだろう。