リアルタイムバイオイメージングによるファイトプラズマの媒介昆虫細胞侵入機構の解明

• Project/Area Number: 17J09974
• Research Category: Grant-in-Aid for JSPS Fellows
• Allocation Type: Single-year Grants
• Section: 国内
• Research Field: Plant protection science
• Research Institution: The University of Tokyo
• Principal Investigator: 鯉沼 宏章 東京大学, 農学生命科学研究科, 特別研究員(DC1)
• Project Period (FY): 2017-04-26 – 2020-03-31
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2019)
• Budget Amount: ¥3,100,000 (Direct Cost: ¥3,100,000); Fiscal Year 2019: ¥1,000,000 (Direct Cost: ¥1,000,000); Fiscal Year 2018: ¥1,000,000 (Direct Cost: ¥1,000,000); Fiscal Year 2017: ¥1,100,000 (Direct Cost: ¥1,100,000)
• Keywords: ファイトプラズマ / 媒介昆虫

Outline of Annual Research Achievements

本研究では、ファイトプラズマの膜タンパク質と結合する宿主レセプターの同定、および昆虫細胞の高精細リアルタイムバイオイメージングに基づいた、ファイトプラズマの媒介昆虫細胞侵入機構を明らかにすることを目的としている。
本年度は、媒介昆虫におけるファイトプラズマの高精細バイオイメージングを行う目的で、ファイトプラズマの細胞膜表面を覆う膜タンパク質Ampに対する抗体を用いて、媒介昆虫の消化管および唾腺をホールマウント（whole mount）で免疫染色し、共焦点レーザー顕微鏡を用いて観察した。その結果、ヨコバイに感染したファイトプラズマを可視化することに成功し、経時的な観察によりファイトプラズマが昆虫の消化管や唾腺に感染して広がる様子を明らかにした。さらに、臓器内部の分布を三次元的に可視化することで、臓器内部における局在変動を詳細に捉え、ファイトプラズマが感染する組織に偏りがあることを明らかにし、主要な侵入・増殖部位や移行時期を特定した。また、リアルタイムPCRにより消化管や唾腺における蓄積量を経時的に定量することで、ファイトプラズマの増殖時期や増殖量を詳細に解明した。これらの解析をもとに、ファイトプラズマの詳細な全身感染モデルを構築することに初めて成功した。
ファイトプラズマの他にも昆虫に全身感染して媒介される植物病原細菌は知られているものの、詳細な全身感染モデルは不明であることから、本研究で構築したモデルはこれらの病原細菌にも適用することができ、昆虫媒介性の病原細菌に共通する基盤的成果だと考えられる。また、昆虫による植物病原細菌の媒介メカニズムはこれまでほとんど分かっていないが、本研究によりファイトプラズマが昆虫に侵入・増殖・移行する際の時期や場所を特定できたことから、今後、媒介メカニズムを分子レベルで詳細に解明するうえで重要な足がかりになると考えられる。

Research Progress Status

令和元年度が最終年度であるため、記入しない。

Strategy for Future Research Activity

令和元年度が最終年度であるため、記入しない。

Research Products

• [Journal Article] Spatiotemporal dynamics and quantitative analysis of phytoplasmas in insect vectors (2020)
  • Author(s): Koinuma Hiroaki、Maejima Kensaku、Tokuda Ryosuke、Kitazawa Yugo、Nijo Takamichi、Wei Wei、Kumita Kohei、Miyazaki Akio、Namba Shigetou、Yamaji Yasuyuki
  • Journal Title: Scientific Reports Volume: 10 Issue: 1 Pages: 4291-4291
  • DOI: 10.1038/s41598-020-61042-x
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Crystal structure of phyllogen, a phyllody-inducing effector protein of phytoplasma (2019)
  • Author(s): Iwabuchi Nozomu、Maejima Kensaku、Kitazawa Yugo、Miyatake Hideyuki、Nishikawa Masanobu、Tokuda Ryosuke、Koinuma Hiroaki、Miyazaki Akio、Nijo Takamichi、Oshima Kenro、Yamaji Yasuyuki、Namba Shigetou
  • Journal Title: Biochemical and Biophysical Research Communications Volume: 印刷中 Issue: 4 Pages: 952-957
  • DOI: 10.1016/j.bbrc.2019.04.060
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Comprehensive screening of antimicrobials to control phytoplasma diseases using an in vitro plant?phytoplasma co-culture system (2018)
  • Author(s): Tanno Kazuyuki、Maejima Kensaku、Miyazaki Akio、Koinuma Hiroaki、Iwabuchi Nozomu、Kitazawa Yugo、Nijo Takamichi、Hashimoto Masayoshi、Yamaji Yasuyuki、Namba Shigetou
  • Journal Title: Microbiology Volume: 164 Issue: 8 Pages: 1048-1058
  • DOI: 10.1099/mic.0.000681
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] First report of ‘Candidatus Phytoplasma pruni’ infecting cassava in Japan (2018)
  • Author(s): Koinuma Hiroaki、Miyazaki Akio、Wakaki Renya、Fujimoto Yuji、Iwabuchi Nozomu、Nijo Takamichi、Kitazawa Yugo、Shigaki Toshiro、Maejima Kensaku、Yamaji Yasuyuki、Namba Shigetou
  • Journal Title: Journal of General Plant Pathology Volume: 84 Issue: 4 Pages: 300-304
  • DOI: 10.1007/s10327-018-0787-2
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] First report of ‘Candidatus Phytoplasma pruni’ infecting cassava in Japan (2018)
  • Author(s): Koinuma, H., Miyazaki, A., Wakaki, R., Fujimoto, Y., Iwabuchi, N., Nijo, T., Kitazawa, Y., Shigaki, T., Maejima, K., Yamaji, Y., Namba, S.
  • Journal Title: Journal of General Plant Pathology Volume: 未定
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] ‘Candidatus Phytoplasma noviguineense’, a novel taxon associated with Bogia coconut syndrome and banana wilt disease on the island of New Guinea (2018)
  • Author(s): Miyazaki Akio、Shigaki Toshiro、Koinuma Hiroaki、Iwabuchi Nozomu、Rauka Gou Bue、Kembu Alfred、Saul Josephine、Watanabe Kiyoto、Nijo Takamichi、Maejima Kensaku、Yamaji Yasuyuki、Namba Shigetou
  • Journal Title: International Journal of Systematic and Evolutionary Microbiology Volume: 68 Issue: 1 Pages: 170-175
  • DOI: 10.1099/ijsem.0.002480
  • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Genome-Wide Analysis of the Transcription Start Sites and Promoter Motifs of Phytoplasmas (2017)
  • Author(s): Nijo Takamichi、Neriya Yutaro、Koinuma Hiroaki、Iwabuchi Nozomu、Kitazawa Yugo、Tanno Kazuyuki、Okano Yukari、Maejima Kensaku、Yamaji Yasuyuki、Oshima Kenro、Namba Shigetou
  • Journal Title: DNA and Cell Biology Volume: 36 Issue: 12 Pages: 1081-1092
  • DOI: 10.1089/dna.2016.3616
  • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
• [Presentation] 媒介昆虫個体内におけるファイトプラズマの経時的動態解析 (2020)
  • Author(s): 鯉沼宏章・魏薇・徳田遼佑・北沢優悟・二條貴通・汲田幸平・宮﨑彰雄・前島健作・難波成任・山次康幸
  • Organizer: 令和２年度日本植物病理学会大会
• [Presentation] ファイトプラズマの葉化誘導エフェクター「ファイロジェン」の立体構造 (2020)
  • Author(s): 北沢優悟・岩渕望・宮武秀行・鯉沼宏章・宮﨑彰雄・二條貴通・前島健作・大島研郎・難波成任・山次康幸
  • Organizer: 令和２年度日本植物病理学会大会
• [Presentation] 感染植物由来DNAからのファイトプラズマDNA濃縮系の検討 (2019)
  • Author(s): 二條貴通・前島健作・鯉沼宏章・岩 渕 望・徳田遼佑・西川雅展・北沢優 悟・山次康幸・難波成任
  • Organizer: 平成31年度日本植物病理学会大会
• [Presentation] First characterization of transcription start sites of phytoplasma (2018)
  • Author(s): Kensaku Maejima, Takamichi Nijo, Yuji Fujimoto, Naoi Hosoe, Yutaro Neriya, Hiroaki Koinuma, Nozomu Iwabuchi, Yugo Kitazawa, Yukari Okano, Yasuyuki Yamaji, Kenro Oshima, Shigetou Namba
  • Organizer: The 7th Meeting of the Asian Organization for Mycoplasmology
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Identification of a new phytoplasma from diseased coconut and banana in Papua New Guinea (2018)
  • Author(s): Akio Miyazaki, Toshiro Shigaki, Naoi Hosoe, Yuji Fujimoto, Hiroaki Koinuma, Nozomu Iwabuchi, Kiyoto Watanabe, Takamichi Nijo, Kensaku Maejima, Yasuyuki Yamaji, Shigetou Namba
  • Organizer: The 7th Meeting of the Asian Organization for Mycoplasmology
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] ファイトプラズマのRNA転写開始点の網羅的解析による非コードRNAの検出 (2018)
  • Author(s): 鯉沼宏章・二條貴通・煉谷裕太朗・岩渕望・北沢優悟・岡野夕香里・前島健作・山次康幸・大島研郎・難波成任
  • Organizer: 平成30年度日本植物病理学会大会
• [Presentation] 国内のキャッサバから初めて検出されたファイトプラズマの分子遺伝学的解析 (2017)
  • Author(s): 鯉沼宏章・若木連也・宮﨑彰雄・岩渕望・丹野和幸・北沢優悟・前島健作・山次康幸・難波成任
  • Organizer: 平成29年度日本植物病理学会大会
• [Presentation] First detection of cassava phytoplasma in Japan and application of LAMP in diagnosis (2017)
  • Author(s): Hiroaki Koinuma, Akio Miyazaki, Yuji Fujimoto, Kiyoto Watanabe, Yugo Kitazawa, Kensaku Maejima, Yasuyuki Yamaji and Shigetou Namba
  • Organizer: The 8th International Conference of Clinical Plant Science
  • Int'l Joint Research