Studies on quorum sensing mechanism involved in priming of Ralstonia solanacearum virulence

• Project/Area Number: 17K19271
• Research Category: Grant-in-Aid for Challenging Research (Exploratory)
• Allocation Type: Multi-year Fund
• Research Field: Agricultural and Environmental Biology and related fields
• Research Institution: Kochi University
• Principal Investigator: HIKICHI YASUFUMI 高知大学, 教育研究部総合科学系生命環境医学部門, 教授 (70291507)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 甲斐 建次 大阪府立大学, 生命環境科学研究科, 講師 (40508404) ; 大西 浩平 高知大学, 教育研究部総合科学系生命環境医学部門, 教授 (50211800) ; 木場 章範 高知大学, 教育研究部総合科学系生命環境医学部門, 教授 (50343314)
• Project Period (FY): 2017-06-30 – 2019-03-31
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2018)
• Budget Amount: ¥6,500,000 (Direct Cost: ¥5,000,000、Indirect Cost: ¥1,500,000); Fiscal Year 2018: ¥2,990,000 (Direct Cost: ¥2,300,000、Indirect Cost: ¥690,000); Fiscal Year 2017: ¥3,510,000 (Direct Cost: ¥2,700,000、Indirect Cost: ¥810,000)
• Keywords: 青枯病 / クオラムセンシング / バイオフィルム / 病原力 / プライミング / 青枯病菌 / 病原性 / 植物細菌

Outline of Final Research Achievements

Quorum sensing (QS) of Ralstonia solanacearum, a causal agent of bacterial wilt disease, consisted of at least two pathways, and response regulators PhcQ and PhcW, which were phosphorylated through sensing a QS signal Methyl 3-hydroxymyristate (3-OH MAME) and a transcriptional regulator PhcA, of which expression was induced dependently on 3-OH MAME sensing, were involved in regulation of QS-dependent genes expression. A lectin LecM, ralfuranone and major exopolysaccharide EPS I of which production was induced through QS, were involved in not only positive feedback regulation of QS but also mushroom-type biofilm formation. Furthermore, QS and ralfuranone, and EPS I and LecM contributed to invasion of the bacteria into xylem vessels and priming of its virulence.

Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements

世界中の農業生産に甚大な被害をもたらしている青枯病の病原細菌である青枯病菌の宿主植物の根の細胞間隙へ侵入後の植物細胞表面における青枯病菌の細胞集団の構造分化であるマッシュルーム型バイオフィルム（mBF）形成、および導管への侵入能と病原性である機能分化をもたらすクオラムセンシング（QS）機構とそれらにより病原性に可塑性をプライミングする機構の分子生物学的解明の礎を確立した。植物体内での細菌によるmBF形成と細菌の病原力のプライミングは世界初の報告である。これらの成果は、QSを分子標的とした持続性ある青枯病防除技術の開発に大きく貢献し、世界の農業を青枯病の恐怖から救うことが期待される。

Research Products

• [Journal Article] Functional characterization of two putative DAHP synthases of AroG1 and AroG2 and their links with type III secretion system in Ralstonia solanacearum (2019)
  • Author(s): Zhang, W., Li, J., Shi, X., Hikichi, Y., Zhang, Y. and Ohnishi, K.
  • Journal Title: Frontiers in Microbiology Volume: 10 Pages: 183-183
  • DOI: 10.3389/fmicb.2019.00183
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Systemic necrosis in tomato induced by a Japanese isolate of rehmannia mosaic virus in a temperature-sensitive manner (2019)
  • Author(s): Hamada T.、Mise K.、Kiba A.、Hikichi Y.
  • Journal Title: Plant Pathology Volume: 印刷中 Issue: 5 Pages: 1025-1032
  • DOI: 10.1111/ppa.13006
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Contribution of a lectin, LecM, to the quorum sensing signalling pathway of Ralstonia solanacearum strain OE1-1 (2018)
  • Author(s): Hayashi Kazusa、Kai Kenji、Mori Yuka、Ishikawa Shiho、Ujita Yumeto、Ohnishi Kouhei、Kiba Akinori、Hikichi Yasufumi
  • Journal Title: Molecular Plant Pathology Volume: 20 Issue: 3 Pages: 334-345
  • DOI: 10.1111/mpp.12757
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Involvement of avirulence genes avrA and popP1 of Japanese Ralstonia solanacearum strains in the pathogenicity to tobacco. (2018)
  • Author(s): Chen, L., Dahal, A., Zhang, Y., Rokunuzzaman, Md., Kiba, A., Hikichi, Y. and Ohnishi, K.
  • Journal Title: Physiological and Molecular Plant Pathology Volume: 102 Pages: 154-162
  • DOI: 10.1016/j.pmpp.2017.12.007
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] The SEC14 phospholipid transfer protein regulates pathogen-associated molecular pattern-triggered immunity in Nicotiana benthamiana (2018)
  • Author(s): Kiba Akinori、Nakano Masahito、Ohnishi Kouhei、Hikichi Yasufumi
  • Journal Title: Plant Physiology and Biochemistry Volume: 125 Pages: 212-218
  • DOI: 10.1016/j.plaphy.2018.02.002
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] A putative LysR-type transcriptional regulator PrhO positively regulates the type III secretion system and contributes to the virulence of Ralstonia solanacearum (2018)
  • Author(s): Zhang Yong、Li Jiaman、Zhang Weiqi、Shi Hualei、Luo Feng、Hikichi Yasufumi、Shi Xiaojun、Ohnishi Kouhei
  • Journal Title: Molecular Plant Pathology Volume: 19 Issue: 8 Pages: 1808-1819
  • DOI: 10.1111/mpp.12660
  • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Ralfuranones contribute to mushroom-type biofilm formation by Ralstonia solanacearum strain OE1-1. (2018)
  • Author(s): Mori, Y., Hosoi, Y., Ishikawa, S., Hayashi, K., Asai, Y., Ohnishi, H., Shimatani, M., Inoue, K., Ikeda, K., Nakayashiki, H., Nishimura, Y., Ohnishi K., Kiba, A., Kai, K., Hikichi, Y.
  • Journal Title: Molecular Plant Pathology Volume: 19 Issue: 4 Pages: 975-985
  • DOI: 10.1111/mpp.12583
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Involvement of ralfuranones in the quorum sensing signaling pathway and virulence of Ralstonia solanacearum strain OE1-1 (2017)
  • Author(s): Mori, M., Ishikawa, S., Ohnishi, H., Shimatani, M., Morikawa, Y., Hayashi, K., Ohnishi, K., Kiba, A., Kai K. and Hikichi, Y.
  • Journal Title: Molecular Plant Pathology Volume: 印刷中 Issue: 2 Pages: 454-463
  • DOI: 10.1111/mpp.12537
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research / Acknowledgement Compliant
• [Journal Article] Ralstonins A and B, Lipopeptides with Chlamydospore-Inducing and Phytotoxic Activities from the Plant Pathogen Ralstonia solanacearum (2017)
  • Author(s): Murai Y, Mori S, Konno H, Yasufumi H, Kai K
  • Journal Title: Organic Letters Volume: 19 Issue: 16 Pages: 4175-4178
  • DOI: 10.1021/acs.orglett.7b01685
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Regulation Involved in Colonization of Intercellular Spaces of Host Plants in Ralstonia solanacearum (2017)
  • Author(s): Hikichi Yasufumi、Mori Yuka、Ishikawa Shiho、Hayashi Kazusa、Ohnishi Kouhei、Kiba Akinori、Kai Kenji
  • Journal Title: Frontiers in Plant Science Volume: 8 Pages: 967-967
  • DOI: 10.3389/fpls.2017.00967
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Presentation] 青枯病菌のクオラムセンシングに対してクエンチング活性を示す化合物の作用機序 (2019)
  • Author(s): 竹村知夏 ・吉原彩華 ・林 一沙 ・瀬沼和香奈 ・木場章範 ・大西浩平・甲斐建次 ・曵地康史
  • Organizer: 日本植物病理学会平成31年度大会
• [Presentation] cbhA 遺伝子は青枯病菌OE1-1 株の運動能に関わる (2019)
  • Author(s): 川本大輝 ・林 一沙 ・瀬沼和香奈 ・木場章範 ・大西浩平 ・甲斐建次 ・曵地康史
  • Organizer: 日本植物病理学会平成31年度大会
• [Presentation] Ralstonia solanacearum のクオラムセンシングは複数のシグナル伝達系から構成される (2019)
  • Author(s): 瀬沼和香奈・林 一沙 ・登 達也・木場章範・大西浩平・甲斐建次・津田賢一・曵地康史
  • Organizer: 日本植物病理学会平成31年度大会
• [Presentation] RSc1351遺伝子はphcA遺伝子の発現制御に関わる (2018)
  • Author(s): 林 一沙・瀬沼和香奈・木場章範・大西浩平・甲斐建次・曵地康史
  • Organizer: 日本植物病理学会平成30年度関西部会
• [Presentation] Ralfuranones feedback-regulate the quorum sensing, contributing to virulence of Ralstonia solanacearum strain OE1-1 (2018)
  • Author(s): Yasufumi Hikichi, Kazusa Hayashi, Kouhei Ohnishi, Akinori Kiba and Kenji Kai
  • Organizer: 11th International Congress of Plant Pathology
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] PhcSのHis230Gln 置換は青枯病菌OE1-1株のクオラムセンシングに関与する (2018)
  • Author(s): 瀬沼和香奈・林 一沙・木場章範・大西浩平・甲斐建次・曵地康史
  • Organizer: 日本植物病理学会平成30年度関西部会
• [Presentation] 青枯病菌OE1-1 株の主要な菌体外多糖EPS I は，クオラムセンシングによる制御される遺伝子発現に寄与する (2018)
  • Author(s): 林 一沙・氏田夢斗・大西浩平・木場章範・甲斐建次・曵地康史
  • Organizer: 日本植物病理学会平成30年度大会
• [Presentation] lasI 遺伝子は青枯病菌OE1-1 株のhrpの発現制御に関与する (2018)
  • Author(s): 林 一沙・甲斐建次・木場章範・大西浩平・曵地康史
  • Organizer: 日本植物病理学会平成30年度大会
• [Presentation] ラルフラノン化合物は青枯病菌によるマッシュルーム型バイオフィルム形成に関与する (2018)
  • Author(s): 曵地康史・林 一沙・井上加奈子・大西浩平・木場章範・甲斐建次
  • Organizer: 日本細菌学会第91回総会
• [Presentation] 二次代謝物質による青枯病菌のクオラムセンシングのフィードバック制御 (2018)
  • Author(s): 林 一沙・甲斐建次・大西浩平・木場章範・曵地康史
  • Organizer: 日本細菌学会第91回総会
• [Presentation] 青枯病菌OE1-1株のクオラムセンシングに関わる新奇センサーカイネース遺伝子の同定 (2017)
  • Author(s): 林一沙・石川詩歩・森友花・木場章範・大西浩平・甲斐建次・曵地康史
  • Organizer: 日本植物病理学会平成29年度大会
• [Presentation] ラルフラノン化合物は、青枯病菌OE1-1株のクオラムセンシングのフィードバック制御に関与する (2017)
  • Author(s): 森友花・石川詩歩・林一沙・木場章範・大西浩平・甲斐建次・曵地康史
  • Organizer: 日本植物病理学会平成29年度大会
• [Presentation] ラルフラノン化合物は、クオラムセンシングにより阻害される青枯病菌OE1-1株のマッシュルーム型バイオフィルム形成を抑制する (2017)
  • Author(s): 森友花・細井勇希・石川詩歩・林一沙・浅井 遊・木場章範・大西浩平・甲斐建次・曵地康史
  • Organizer: 日本植物病理学会平成29年度大会
• [Presentation] 青枯病の化学防除を志向したクオラムクエンチング法の開発 (2017)
  • Author(s): 吉原彩華・嶋谷美香・曵地康史・甲斐建次
  • Organizer: 日本植物病理学会平成29年度大会
• [Presentation] Involment of ralfuranones in the quorum sensing signaling pathway and virulence of Ralstonia solanacearum strain OE1-1 (2017)
  • Author(s): Hikichi, Y., Mori, Y., Hayashi, K., Kiba, A., Ohnishi, K. and Kai, K.
  • Organizer: The 7th Congress of European Microbiologists
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Chemical quorum quenching attenuates Ralstonia solanacearum virulence on plants (2017)
  • Author(s): Kai, K., Yoshihara, A., Shimatani, M. and Hikichi, Y.
  • Organizer: The 7th Congress of European Microbiologists
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] 青枯病菌によるマッシュルーム型バイオフィルム形成機構 (2017)
  • Author(s): 曵地康史・林一沙・木場章範・大西浩平・甲斐建次
  • Organizer: 植物微生物研究会第27回研究集会
• [Presentation] methyl 3-hydroxymyristateをクオラムセンシングシグナルとするRalstonia solanacearum OE1-1株のクオラムセンシングにおいてシグナル伝達に関わる新奇センサーカイネース (2017)
  • Author(s): 林一沙・大西浩平・木場章範・甲斐建次・曵地康史
  • Organizer: 植物微生物研究会第27回研究集会