ゲノム情報によるファイトプラズマ・宿主間の遺伝子相互作用の網羅的解析

• Project/Area Number: 14760025
• Research Category: Grant-in-Aid for Young Scientists (B)
• Allocation Type: Single-year Grants
• Research Field: 植物保護
• Research Institution: National Agricultural Research Organization (2003); The University of Tokyo (2002)
• Principal Investigator: 宮田 伸一 独立行政法人農業・生物系特定産業技術研究機構, 果樹研究所・生産環境部, 主任研究官 (00313015)
• Project Period (FY): 2002 – 2003
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2003)
• Budget Amount: ¥3,400,000 (Direct Cost: ¥3,400,000); Fiscal Year 2003: ¥1,100,000 (Direct Cost: ¥1,100,000); Fiscal Year 2002: ¥2,300,000 (Direct Cost: ¥2,300,000)
• Keywords: タマネギ萎黄病 / ファイトプラズマDNA / ファイトプラズマの大量増殖 / 篩部局在性 / ゲノムの退行性進化 / 師部局在性 / PFGEによるゲノムDNA精製

Research Abstract

本研究では、重大な病害を引き起こす植物病原体であるファイトプラズマのゲノム構造の全容を世界に先駆けて解明し、その宿主決定機構に関する基盤的知見を得ることを目的としている。
平成15年度は、前年度までに確立された高度に精製されたファイトプラズマゲノムDNAを抽出し、Sau3AI等による改良ファージライブラリーを作製した。スクリーニング等によってゲノミックライブラリーを検定し、高品質のライブテリーが作製されたことを確認できた。そこで、前年度までの情報を元にゲノミックウォーキングに取り組み、またゲノムのギャップ領域をLong PCRによって取得し、塩基配列を決定した。その結果、モデル系統・タマネギ萎黄病ファイトプラズマ(OY)の弱毒株、OY-Mの約860bpの全ゲノム構造を明らかにすることができた。
全塩基配列情報より遺伝子領域を推定した後、データベース照合による機能遺伝子の推定を行い、さらに遺伝子構成について調べたところ、同じMollicutes綱細菌であるマイコプラズマよりも少ない代謝系遺伝子しかコードされていないことが判明した。ペントースリン酸回路に関与する遺伝子や、予想外なことにATP合成酵素のサブユニットなど、これまで生命維持に必須と思われていた遺伝子が欠落していた。これは、ファイトプラズマが細胞内という栄養分の豊富な環境下に生息するうちに、退行的なゲノム進化を遂げた結果であると考えられ、生命が生きていくのに必要な「最少遺伝子」を議論する上で重要な知見となる。
本研究課題によって絶対細胞内寄生性の植物病原細菌として初の全ゲノム解析に成功し、ゲノムの退行性進化について重要な証拠を明らかにしたことは、国内外において非常に高く評価されている。

Research Products

• [Publications] Nishigawa H, Oshima K, Miyata S, Ugaki M, Namba S: "A complete set of extrachromosomal DNAs from three pathogenic lines of onion yellows phytoplasma and use of PCR to differentiate each line."J.Gen.Plant Pathol.. 69. 194-198 (2003)
• [Publications] Jung H-Y, Sawayanagi T, Kakizawa S, Nishigawa H, Wei W, Oshima K, Miyata S, Ugaki M, Hibi T, Namba S: "Candidatus phytoplasma ziziphi', a new phytoplasma taxon associated with jujube witches'-broom disease."Int.J.Syst.Evol.Microbiol.. 53. 1037-1041 (2003)
• [Publications] Miyata S, Oshima K, Kakizawa S, Nishigawa H, Jung H-Y, Kuboyama T, Ugaki M, Namba S: "Two different thymidylate kinase gene homologues, including one that has catalytic activity, are encoded in the onion yellows phytoplasma genome."Microbiology.. 149. 2243-2250 (2003)
• [Publications] Jung H-Y, Miyata S, Sawayanagi T, Oshima K, Kakizawa S, Nishigawa H, Yanazaki M, Suzuki S, Wei W, Kuboyama T, Ugaki M, Hibi T, Namba S: "First complete nucleotide sequence and heterologous gene organization of the two rRNA operons in the phytoplasma genome."DNA and Cell Biol. 22. 209-215 (2003)
• [Publications] Jung HY, Sawayanagi T, Wongkaew P, Kakizawa S, Nishigawa H, Wei W, Oshima K, Miyata S, Ugaki M, Hibi T, Namba S: ""Candidatus Phytoplasma oryzae", a novel phytoplasma taxon associated with rice yellow dwarf disease."Int.J.Syst.Evol.Microbiol.. 53. 1925-1029 (2003)
• [Publications] Oshima K, Kakizawa S, Nishigawa H, Jung HY, Wei W, Suzuki S, Arashida R, Nakata D, Miyata S, Ugaki M, Namba S: "Reductive evolution suggested from the complete genome sequence of a plant-pathogenic phytoplasma."Nature Genetics. 36. 27-29 (2004)
• [Publications] Kakizawa S, Oshima K, Nishigawa H, Jung HY, Wei W, Suzuki S, Tanaka M, Miyata S, Ugaki M, Namba S: "Secretion of immunodominant membrane protein from onion yellows phytoplasma through the Sec protein-translocation system in Escherichia coli."Microbiology. 150. 135-142 (2004)
• [Publications] Miyata S, Furuki K, Oshima K, Sawayanagi T, Nishigawa H, Kakizawa S, Jung H-Y, Ugaki M, Namba S: "Complete nucleotide sequence of the S10-spc operon of phytoplasma : gene organization and genetic code resemble those of Bacillus subtilis"DNA and Cell Biol. 21. 527-534 (2002)
• [Publications] Nishigawa H, Oshima K, Kakizawa S, Jung H-Y, Kuboyama T, Miyata S, Ugaki M, Namba S: "Evidence of intermolecular recombination between extrachromosomal DNAS in phytoplasma : a trigger for the biological diversity of phytoplasma?"Microbiology. 148. 1389-1396 (2002)
• [Publications] Jung H-Y, Sawayanagi T, Kakizawa S, Nishigawa H, Miyata S, Oshima K, Ugaki M, Joon-Tak L, Namba S: "Candidatus Phytoplasma castaneae', a novel phytoplasma taxon associated with chestnut witches' broom disease"Int. J. Syst. Evol. Microbial.. 298. 195-201 (2002)
• [Publications] Nishigawa H, Oshima K, Kakizawa S, Jung H-Y, Kuboyama T, Miyata S, Ugaki M, Namba S: "A plasmid from a non-insect-transmissible line of a phytoplasma lacks two open reading frames that exist in the plasmid from the wild-type line"Gene. 298. 195-201 (2002)
• [Publications] Oshima K, Miyata S, Sawayanagi T, Kakizawa S, Nishigawa H, Jung H-Y, Furuki K, Yanazaki M, Suzuki S, Wei W, Kuboyama T, Ugaki M, Namba S(the 1st and 2nd authors contributed equally): "Minimal set of metabolic pathways suggested from the genome of onion yellows phytoplasma"J. Gen. Plant Pathol.. 68. 225-236 (2002)