大規模マルチオミクスプロファイリングが明らかにする、菌類の系統地理学的・代謝的多様性を左右する環境と進化の要因

なぜ隠れた菌類化学が重要なのか

世界で最も深刻な食と健康の脅威の多くは目に見えません。土壌や作物に生息する微小な菌類は、食品を汚染し、収穫を損ない、時に致命的な感染を引き起こす強力な化学物質を作り出します。中でも悪名高いのがアスペルギルス・フラバス（Aspergillus flavus）で、強力な肝発がん物質であるアフラトキシンを産生する一般的なカビです。本研究は前例のない規模で、さまざまな環境と進化の履歴が世界中のA. flavusの地理分布と化学性質をどのように形作るか、そして温暖化が進む未来においてそれが何を意味するかを描き出します。

カビの世界的な追跡

研究チームは、土壌、作物、患者由来の1000株を超えるA. flavus系統を4大陸から収集し、そのうち中国のさまざまな気候帯から得られた500株以上を新たに配列解析しました。ゲノム配列、化学プロファイル、遺伝子発現を組み合わせて詳細な系統樹を構築した結果、8つの主要な遺伝的亜群（クレード）が明らかになり、それらのいくつかは特定の地域や気候と強く結び付いていました。臨床感染から分離された株は互いにまとまる傾向があり、一部の系統はヒト感染に特に適応していることを示唆する一方で、他の系統は特定の土壌や宿主植物など環境ニッチに深く根ざしていることが示されました。

高温域、低温域、そして変わる毒素リスク

この遺伝地図に気候や位置データを重ね合わせると、毒素産生に明確な地理的パターンが見えました。特に中国南部や中部など、より暖かく低緯度の地域由来の株はアフラトキシンを高レベルで産生する確率が格段に高かったのです。一方、より涼しい高緯度地域ではアフラトキシンをほとんど産生しない株が多い反面、代わりにシクロピアゾニン酸など別のマイコトキシンを産生することがしばしばありました。つまり、アフラトキシンに関しては「より安全」と見なされる株でも、別の観点では化学的に危険であり得ます。また、臨床分離株と同じクレードに属する環境株の中には既知の病原性遺伝子を余分に持つものもあり、無害な野外カビとヒト病原体との境界が薄い可能性が示されました。

菌類が持つ化学ツールキットの内部

これらの差異を引き起こす要因を探るため、研究者は特殊化学物質合成に関わる遺伝的ツールキットを調べました。約15,000遺伝子からなる「パンゲノム」を構築し、ほぼ全株が共有する安定したコアと、集団間で変動する大規模なアクセサリー遺伝子群とに分けました。これらの可変遺伝子の多くは、生体内で特定の分子を合成するための酵素をコードする遺伝子クラスター（生合成遺伝子クラスター）に属します。驚くべきことに、これらクラスターの違いは、なぜある集団がアフラトキシンや他の毒素をより多く産生するのかを完全には説明しませんでした。明らかにアフラトキシン遺伝子クラスターが整っているように見える株の多くが実際にはほとんど毒を作らず、一方で低アフラトキシン系統の中には別の、十分に特徴付けられていない化学ファミリーに大きく投資しているものもありました。

調節因子、代謝、そして気候の刻印

より深い説明は、遺伝子の制御のされ方や、菌が代謝を通じてどのようにエネルギーや構成要素を振り分けるかにありました。異なる気候に住む集団は、光、温度、栄養、pHを感知する調節遺伝子や、糖分解や脂肪酸合成といった基本的なエネルギー経路に関わる遺伝子において明確なパターンを示しました。遺伝的変異、現地の気候・土壌測定値、代謝物プロファイルの間に統計的な関連を用いることで、温度、湿度、降雨量、土壌pH、土壌の体積密度といった環境要因が、特定の調節および代謝遺伝子の組み合わせを一貫して優位にすることが示されました。実験室で選択的な調節遺伝子をノックアウトすると毒素産生に大きな変化が起き、高アフラトキシン株の化学プロファイルが自然に低アフラトキシンである集団に似ることが多々ありました。これは、クラスター自体に大きな変化がなくても、調節因子や基礎代謝に対する気候駆動の選択が菌類の化学的出力を書き換え得ることを示しています。

食の安全と将来に向けての意味

総じて、本研究はA. flavusが単純に「有毒」と「非有毒」の間を切り替えるわけではないことを示しています。むしろ、この菌は幅広い化学ツールキットを携え、アクセサリー遺伝子、調節回路、一次代謝の変化を通じて局所環境に合わせて調律されています。気候帯が地球温暖化で変化するにつれて、暖かさと湿度を好む高毒性クレードが新しい地域へ拡大する可能性があり、また生物的防除として利用される非アフラトキシン株自身が別の、あまり監視されていない毒素を持っていることもあり得ます。一般読者に向けた主要なメッセージは、私たちの食の安全と菌類による疾病リスクは気候や土壌条件と密接に結び付いており、それらのリスクを予測・管理するためには、自然環境における菌類の隠れた化学を理解することがますます重要になる、という点です。

引用: Xie, H., Hu, J., Zhao, X. et al. Large-scale multi-omics profiling reveals environmental and evolutionary drivers of fungal phylogeographic and metabolic diversity. Nat Commun 17, 4121 (2026). https://doi.org/10.1038/s41467-026-70721-8

キーワード: アフラトキシン, Aspergillus flavus, マイコトキシン, 気候変動, 真菌ゲノミクス