植物寄生における、寄生―宿主植物間のシンプラスト輸送路の構築

• Project/Area Number: 18J40278
• Research Category: Grant-in-Aid for JSPS Fellows
• Allocation Type: Single-year Grants
• Section: 国内
• Research Field: Plant molecular biology/Plant physiology
• Research Institution: Nara Institute of Science and Technology
• Principal Investigator: 古田 かおり 奈良先端科学技術大学院大学, 研究推進機構, 特別研究員(RPD)
• Project Period (FY): 2018-10-01 – 2023-03-31
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2022)
• Budget Amount: ¥3,380,000 (Direct Cost: ¥2,600,000、Indirect Cost: ¥780,000); Fiscal Year 2021: ¥520,000 (Direct Cost: ¥400,000、Indirect Cost: ¥120,000); Fiscal Year 2020: ¥1,170,000 (Direct Cost: ¥900,000、Indirect Cost: ¥270,000); Fiscal Year 2019: ¥1,170,000 (Direct Cost: ¥900,000、Indirect Cost: ¥270,000); Fiscal Year 2018: ¥520,000 (Direct Cost: ¥400,000、Indirect Cost: ¥120,000)
• Keywords: 寄生植物 / 宿主植物 / 吸器 / シンプラスト輸送路 / 篩部 / 形態形成 / コシオガマ / シロイヌナズナ / シンプラスト輸送 / 器官形成 / 維管束篩部 / 寄生 / 吸器形成 / 維管束 / 篩部輸送

Outline of Annual Research Achievements

本研究は寄生植物が宿主植物のシンプラスト輸送路にどのように連結するかという問題に取り組んでいる。本年度は吸器内のシンプラスト輸送路を見出すことを目的に、シングルセルトランスクリプトーム解析を行った。
宿主に感染させた吸器から核を抽出し各サンプルについてRNA-seq解析を共同研究により行った。まずクラスター解析を行った結果、興味深いことに一つのクラスターで篩部組織特異的遺伝子が発現していることが見出された。このことから、一部篩部様の発現パターンを持つ細胞群が吸器の中にあることが分かった。ただしこの細胞群では、篩部機能に関わる遺伝子のうち一部だけが発現していた。このことは吸器の篩部様細胞が典型的な篩部細胞ではないことを示している。またこの細胞群は、篩部特異的遺伝子の他に他の細胞種で特異的に発現する遺伝子もまとまって発現していることが分かった。これらのことから、吸器内の篩部様細胞は一部の篩部の性質と他の細胞の性質を併せ持つ特殊な細胞群ということが考えられた。さらに、これらの一群の遺伝子を制御するかもしれない転写因子ファミリーを見出した。
また、宿主植物の篩部組織が吸器形成においてどう重要かを明らかにするために、コシオガマをシロイヌナズナの篩部に異常がある突然変異体に寄生させたときのRNA-seq解析を行っている。
本年度は、コシオガマの寄生時に宿主植物側では細胞分裂や維管束細胞の未分化性に関わる遺伝子がセットで発現誘導されていることを明らかにした。また反対に、細胞壁成分の合成に関わる遺伝子や防御応答に関わる遺伝子がセットで発現抑制されていることが明らかになった。これらの応答は突然変異体を宿主植物に用いた場合では顕著にみられなかった。
さらに、これら遺伝子群をセットで発現制御する可能性のある転写因子が見出され、コシオガマの寄生における宿主植物の形態や生理反応の重要性が示唆された。

Research Progress Status

令和4年度が最終年度であるため、記入しない。

Strategy for Future Research Activity

令和4年度が最終年度であるため、記入しない。

Research Products

• [Journal Article] Molecular dissection of haustorium development in Orobanchaceae parasitic plants (2021)
  • Author(s): Furuta Kaori Miyashima、Xiang Lei、Cui Songkui、Yoshida Satoko
  • Journal Title: Plant Physiology Volume: - Issue: 3 Pages: 1424-1434
  • DOI: 10.1093/plphys/kiab153
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Three-dimensional reconstructions of the internal structures of haustoria in parasitic Orobanchaceae (2020)
  • Author(s): Masumoto Natsumi、Suzuki Yuki、Cui Songkui、Wakazaki Mayumi、Sato Mayuko、Kumaishi Kie、Shibata Arisa、Furuta Kaori M.、Ichihashi Yasunori、Shirasu Ken、Toyooka Kiminori、Sato Yoshinobu、Yoshida Satoko
  • Journal Title: Plant Physiology Volume: -
  • DOI: 10.1101/2020.05.07.083055
  • Peer Reviewed / Open Access