設計された植物マイクロバイオーム – バクテリアで作物を保護する

隠された世界

長い間、生物学は人間の体やトウモロコシの茎のような「主要」な生物そのものにのみ焦点を当ててきました。しかし、知識が増すにつれて、生きた世界全体の複雑さが見えてきました。

現在では、ほぼすべての複雑な生物が「マイクロバイオーム」と呼ばれる微生物や菌類の複雑で変化する集団と共生していることが理解されています。マイクロバイオームは、特に腸内マイクロバイオームが人間の健康における重要な要因として認識されています。

出典: NIH.gov

同様に、植物の健康は土壌マイクロバイオーム、さらには植物内部の微生物とも深く結びついています。

それらは植物の栄養や水分供給を改善し、さらに重要なのは、害虫や病気から植物を保護するのに役立ちます。

出典: Energy.gov

マイクロバイオームは変えられるか？

マイクロバイオームは数百、あるいは数千もの微生物種で構成されており、非常に複雑です。そのため研究は困難であり、「健康な」マイクロバイオームがどのようなものかを判断することも時に複雑です。

マイクロバイオームを「改善」するやや粗雑な方法は、余分な生物を追加することです。これはヒトや動物に対するプロバイオティクス治療が行うことです。そして、窒素固定バクテリアや菌根菌を土壌に付加することは農業で再現しようとしていることです。マイクロバイオームが大きく乱された場合には良い結果が得られることがありますが、すでに確立されている場合はほとんど効果がありません。

別のアプローチは、マイクロバイオームに餌を与え、「適切な」微生物を供給してバランスを取らせることです。ヒトの健康においては、プレバイオティクスを与える手法がこれに当たります。適切な条件を提供することで、マイクロバイオームが自然に自らバランスを取ることができるため、非常に成功しやすいです。

しかし、植物の場合、マイクロバイオームが土壌や植物内部にあるため、これを実行するのははるかに難しいです。

農業用プレバイオティクス

中国、オーストラリア、オーストリアの研究者による国際共同研究が解決策を見出した可能性があります。彼らは何十億人もの食料源である米に焦点を当てましたが、これらの結果は他の主要作物にも応用できるでしょう。

彼らは、植物がリグニンを生産する生化学的プロセスが有益なバクテリアの集団を調整できることを発見しました。リグニンは植物の細胞壁に存在する高分子で、木材に豊富に含まれています。

より具体的には、リグニン合成に関与する特定の遺伝子を見つけました。この遺伝子を不活性化すると有益バクテリアの集団が減少し、逆に過剰に発現させるとマイクロバイオーム内の有益バクテリアの割合が増加します。

(遺伝子改変により生成が変化した 4-ヒドロキシシンナミン酸 / 4-HCA / p-クマル酸、これがPseudomonadales目のバクテリア集団に影響を与える)

出典: Nature

これにより新しいタイプのGMO作物への道が開かれます。現在の商業GMO植物が毒素を生成するのとは異なり、例えば改良米（その他の作物）など、より健康で多様なバクテリアマイクロバイオームを育成することが可能になります。

病害抵抗性の向上

マイクロバイオーム組成の改善は作物の健康に直接的な影響を与えました。遺伝子組み換え米品種は、アジアで作物損失の主要原因となる細菌性葉枯病（Xanthomonas oryzae）に対してより耐性がありました。

通常、この拡散は農薬で制御されます。より健康なマイクロバイオームは農薬使用の削減に寄与でき、化学的または毒素産生GMOを使用するよりも、病害に対してより動的かつ持続可能に保護します。

非GMOの選択肢は？

非GMOアプローチも採用可能であると考えられます。米品種を4-HCAの産生量でスクリーニングし、そのマイクロバイオームの健康状態を検査することができます。

これにより、より少ない農薬で生産できる米品種を開発する新たな育種手法が可能になります。

また、EUのようにGMOの商業利用を制限している国や地域へこの発見を持ち込むことも必要です。

農業マイクロバイオーム株式

1. Corteva Agriscience

CTVA 価格チャート

植物プレバイオティクスがサブカテゴリとなるバイオスティムラント分野で最大手の一つがCorteva Agriscienceです。同社は化学大手DowDuPontの農業部門として設立され、独立企業としてスピンオフされました。

出典: Corteva Agriscience

同社は農業へのロボティクス、ドローン、AIの導入に非常に積極的です。また、ノー‑ティル、輪作、農薬の的確使用、気候変動への適応、土壌侵食の抑制、カバークロップ、さらには昆虫行動に影響を与えるフェロモンなど、よりエコロジカルかつ持続可能な農業慣行を推進しています。

出典: Corteva Agriscience

2. Bayer

Bayerは製薬会社であると同時に、農薬とGMO作物のリーダーであるMonsantoを買収して以来、農業部門の主要供給者でもあります。

この買収がうまくいかなかったと言うのは控えめな表現です。Monsantoは、がんとの潜在的な関連が指摘される主力農薬グリホサート（商標名Roundup）に関して、数万件の訴訟の標的となっています。

これらの訴訟による費用の増大とそれに伴う評判の損失により、同社の株価は下落しました。新CEOの下で、Bayerは近く2〜3の異なる会社に分割され、製薬事業と農業科学事業を分離する可能性があります。

出典: Fortune.com

それでも、Bayerの作物科学部門はGMO分野で世界的リーダーであり、この専門知識を活かして土壌マイクロバイオームを改善する新しい米品種や他の主要作物を開発できるでしょう。これは収益性が高いだけでなく、同社のイメージ回復にもつながります。

また、Bayerの農業部門は農業スタートアップへの主要投資家でもあり、強力なイノベーターでもあります。

出典: Bayer

特筆すべきは、BayerがMicrosoftと提携し、同社のデータ管理システムAzurと、衛星、フィールドセンサー、ドローン、農機具、土壌センサーからのデータ活用に関するBayerの専門知識を組み合わせ、真に近代的で連携した農場を構築しようとしていることです。

出典: Bayer

また、同社は種子品種と植物の遺伝子編集でもリーダーであり、パイプラインに500以上の新作物品種（2022年には250件の新作物登録）を抱えています。

出典: Bayer

農業マイクロバイオーム企業

まだ上場していない小規模企業が、植物マイクロバイオームのテーマに直接取り組んでいます。

Lavie-Bio

同社はパイプラインで6つの異なる製品に取り組んでおり、そのうちの1つはCorteva Agriscienceとの提携製品です。

出典: Lavie-Bio

1つの製品はすでに商業化段階に達し、Yalos™ブランドで販売されています。

YalosおよびLavie-Bioの技術は、作物生産性を向上させることができる独自株のバクテリアに主に焦点を当てています。

Microendo

メキシコの同社は、各作物に合わせたバイオ肥料を製造しています。

そのために、彼らは植物の既存マイクロバイオームを収集・活用します。これには植物内部に存在する微生物も含まれます。

出典: Microendo

IndigoAg

同社の研究者は、隣接する作物よりも優れた成長を示す植物を分析し、畑全体で再現可能な微生物的優位性を探ります。これらの天然微生物は、商業用製剤に組み込まれ、微生物叢が損傷または枯渇した畑の生産性を向上させます。

出典: Indigo

IndigoAgは農家向けの炭素クレジット証書の分野でも活動しています。

AgBiome

AgBiomeは真菌を殺す微生物に焦点を当てており、作物を真菌性疾患から保護することができます。

そのために、同社は完全に配列決定された微生物株の独自コレクション（GENESISプラットフォーム – 遺伝子および株識別システム）を開発しました。これは農業だけでなく、産業利用や動物・人間の健康など、他のあらゆるマイクロバイオーム応用にも利用可能です。

出典: AgBiome

Pivot Bio

土壌マイクロバイオームの重要な役割は、空気中の窒素を取り込み肥料に変える窒素固定バクテリアを宿すことです。

しかし、これらのバクテリアは通常、マメ科作物でのみ機能します。

出典: Pivot Bio

Pivot Bioは、穀物作物向けの初の窒素固定微生物を開発しました。

これにより、化石燃料から製造される合成窒素肥料を、有機かつ炭素中立のソリューションに置き換えることが可能です。

Biome Makers

Biome Makersは、NGS（次世代シーケンシング）を用いて、50か国以上の188作物から1400万件の分類学的参照を収集し、世界最大規模の土壌マイクロバイオームデータベースを構築しました。

これにより、同社はBeCrop®テスト技術を活用して土壌の健康、農業収量を改善し、コスト（例えば不要な肥料使用）を削減できます。

出典: Biome Maker