植物寄生線虫による植物免疫抑制機構の解明

• Project/Area Number: 19J00655
• Research Category: Grant-in-Aid for JSPS Fellows
• Allocation Type: Single-year Grants
• Section: 国内
• Review Section: Basic Section 39050:Insect science-related
• Research Institution: Institute of Physical and Chemical Research
• Principal Investigator: 佐藤 一輝 国立研究開発法人理化学研究所, 環境資源科学研究センター, 特別研究員(PD)
• Project Period (FY): 2019-04-25 – 2022-03-31
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2021)
• Budget Amount: ¥4,810,000 (Direct Cost: ¥3,700,000、Indirect Cost: ¥1,110,000); Fiscal Year 2021: ¥1,560,000 (Direct Cost: ¥1,200,000、Indirect Cost: ¥360,000); Fiscal Year 2020: ¥1,560,000 (Direct Cost: ¥1,200,000、Indirect Cost: ¥360,000); Fiscal Year 2019: ¥1,690,000 (Direct Cost: ¥1,300,000、Indirect Cost: ¥390,000)
• Keywords: 植物寄生線虫 / ネコブセンチュウ / 植物免疫 / エフェクター / 抵抗性植物

Outline of Research at the Start

植物寄生線虫は非常に多様な作物に感染し、世界の農業生産に甚大な被害をもたらしている。線虫は植物の免疫機構を抑制して感染していると考えられるが、その機構は殆どわかっていない。線虫防除においては、抵抗性台木を利用する方法が環境負荷も少なく効果的であり、ナス科作物の栽培ではトルバムが唯一の抵抗性台木として使われている。しかし、国内にはトルバムに感染できる線虫が定着しており、農業現場で問題になりつつある。そこで本研究ではトルバムに感染できる線虫と、感染できない線虫とのゲノム比較をベースとして、線虫がトルバムを含めた植物の免疫を回避・抑制して感染する機構を分子レベルで解明する。

Outline of Annual Research Achievements

本年度までに、90個ほどの候補遺伝子から細胞膜免疫受容体、ならびに細胞内免疫受容体で誘導される免疫応答を抑えるネコブセンチュウエフェクターを網羅的に探索し、複数のエフェクターが免疫抑制に寄与することがわかってきた。これらの中には、パターン誘導免疫のみを抑制するエフェクターや、パターン誘導免疫とNLR誘導免疫を共に抑制するエフェクターが含まれていた。この結果は、線虫が異なる植物分子を標的とする複数のエフェクターを分泌することで、植物の多層的な免疫応答を抑制しながら感染していることを示唆している。これら免疫を強力に抑制するエフェクターについては、エフェクター遺伝子を発現するトランスジェニック植物を用いた感染実験系、あるいはウィルス誘導ジーンサイレンシングで線虫におけるエフェクター発現を抑制する感染実験系を用いて、エフェクターが線虫の感染に重要な役割を有するかを試験している。さらに、シロイヌナズナの根から作成したcDNAライブラリを用いた酵母ツーハイブリッドスクリーニングにより、これらのエフェクターが標的とする植物分子 (カルシウム結合タンパク質や転写因子など)を絞り込んだ。これらの標的タンパク質候補とエフェクターとの相互作用は植物体内での局在解析や共免疫沈降解析等、複数の方法を用いて確認を進めている。また、ネコブセンチュウはシロイヌナズナ(アブラナ科)だけでなく、トマトやトルバム(ナス科)など、幅広い植物種に寄生できる。そのため、今後は絞り込まれた標的因子が他の宿主植物でも共通しているのかなどにも着目して、エフェクターによる免疫抑制機構を明らかにしていく必要がある。
以上のように、本研究ではゲノム・トランスクリプトーム解析をもとに免疫を強力に抑制するエフェクターを発見することに成功し、今後の線虫-植物間相互作用の分子レベルでの解析における基盤となる成果を得ることができた。

Research Progress Status

令和3年度が最終年度であるため、記入しない。

Strategy for Future Research Activity

令和3年度が最終年度であるため、記入しない。

Research Products

• [Int'l Joint Research] University of Bonn(ドイツ)
• [Int'l Joint Research] University of California, Davis/The University of Alabama at Birmingham(米国)
• [Int'l Joint Research] University of Cambridge(英国)
• [Int'l Joint Research] フランス国立農学研究所(INRA)(フランス)
• [Int'l Joint Research] University of Bonn(ドイツ)
• [Int'l Joint Research] University of California, Davis/The University of Alabama at Birmingham(米国)
• [Int'l Joint Research] フランス国立農学研究所(INRA)(フランス)
• [Int'l Joint Research] University of Cambridge(英国)
• [Int'l Joint Research] フランス国立農学研究所 (INRA)(フランス)
• [Int'l Joint Research] The University of Alabama at Birmingham(米国)
• [Int'l Joint Research] University of Cambridge(英国)
• [Journal Article] Transcriptomic Analysis of Resistant and Susceptible Responses in a New Model Root-Knot Nematode Infection System Using Solanum torvum and Meloidogyne arenaria (2021)
  • Author(s): Sato Kazuki、Uehara Taketo、Holbein Julia、Sasaki-Sekimoto Yuko、Gan Pamela、Bino Takahiro、Yamaguchi Katsushi、Ichihashi Yasunori、Maki Noriko、Shigenobu Shuji、Ohta Hiroyuki、Franke Rochus B.、Siddique Shahid、Grundler Florian M. W.、Suzuki Takamasa、Kadota Yasuhiro、Shirasu Ken
  • Journal Title: Frontiers in Plant Science Volume: 12 Pages: 680151-680151
  • DOI: 10.3389/fpls.2021.680151
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Plant immune responses to plant parasitic nematodes (2019)
  • Author(s): Sato, K., *Kadota, Y., Shirasu, K.
  • Journal Title: Front Plant Sci. Volume: 10 Pages: 1165-1165
  • DOI: 10.3389/fpls.2019.01165
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Presentation] ネコブセンチュウエフェクターによる植物免疫抑制機構の解析 (2022)
  • Author(s): 佐藤 一輝、門田 康弘、Gan Pamela、植原 健人、槇 紀子、Mukhtar Shahid M.、白須 賢
  • Organizer: 令和4年度日本植物病理学会大会
• [Presentation] Transcriptomic analysis of resistant and susceptible responses in a new model root-knot nematode infection system using Solanum torvum and Meloidogyne arenaria (2021)
  • Author(s): Sato Kazuki、Uehara Taketo、Holbein Julia、Sasaki-Sekimoto Yuko、Gan Pamela、Bino Takahiro、Yamaguchi Katsushi、Ichihashi Yasunori、Maki Noriko、Shigenobu Shuji、Ohta Hiroyuki、Franke Rochus B.、Siddique Shahid、Grundler Florian M. W.、Suzuki Takamasa、Kadota Yasuhiro、Shirasu Ken
  • Organizer: 2021 IS-MPMI Congress: eSymposia Series
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] 新規モデル感染システムを用いた線虫抵抗性・感受性応答のトランスクリプトーム解析 (2021)
  • Author(s): 佐藤 一輝、植原 健人、Gan Pamela、槇 紀子、鈴木 孝征、門田 康弘、白須 賢
  • Organizer: 日本線虫学会 第28回大会
• [Presentation] 植物免疫を抑制するネコブセンチュウエフェクターの探索と機能解析 (2021)
  • Author(s): 佐藤一輝，門田康弘, Gan Pamela, 植原健人, 尾納隆大, 山口勝司, 市橋泰範, 岩堀英晶, 槇紀子, 重信秀治, 鈴木孝征, M. Shahid Mukhtar, 白須賢
  • Organizer: 令和3年度日本植物病理学会大会
• [Presentation] Screening for the root-knot nematode effectors that suppress plant immunity (2021)
  • Author(s): Kazuki Sato, Yasuhiro Kadota, Pamela Gan, Taketo Uehara, Takahiro Bino, Katsushi Yamaguchi, Yasunori Ichihashi, Hideaki Iwahori, Noriko Maki, Shuji Shigenobu, Takamasa Suzuki, Shahid M. Mukhtar, Ken Shirasu
  • Organizer: 第62回日本植物生理学会大会
• [Presentation] 線虫と植物の攻防を分子レベルで読み解く (2020)
  • Author(s): 佐藤一輝
  • Organizer: 線虫学ミーティング2020
  • Invited
• [Presentation] 植物免疫抑制に関わるネコブセンチュウエフェクターの探索および機能解析 (2020)
  • Author(s): 佐藤一輝、門田康弘、Pamela Gan、植原健人、尾納隆大、山口勝司、村田岳、上杉謙太、齊藤猛雄、槇紀子、重信秀治、M. Shahid Mukhtar、白須賢
  • Organizer: 令和２年度日本植物病理学会大会
• [Presentation] ネコブセンチュウエフェクターの探索と機能解析 (2019)
  • Author(s): 佐藤一輝、門田康弘、Pamela Gan、植原健人、尾納隆大、山口勝司、村田岳、上杉謙太、齊藤猛雄、槇紀子、重信秀治、M. Shahid Mukhtar、白須賢
  • Organizer: 日本線虫学会第27回大会
• [Presentation] センチュウに対する植物の免疫機構の解明 (2019)
  • Author(s): 門田康弘、佐藤一輝、植原健人、槇紀子、鈴木孝征、白須賢
  • Organizer: 日本線虫学会第27回大会
• [Presentation] Interaction of nematode-resistant plant Solanum torvum and virulent/avirulent root-knot nematodes (2019)
  • Author(s): Sato, K., Kadota Y., Gan, P., Uehara, T., Bino, T., Yamaguchi, K., Ichihashi, Y., Iwahori, H., Maki, N., Shigenobu, S., Suzuki, T., Shirasu, K
  • Organizer: IS-MPMI XVIII Congress
  • Int'l Joint Research
• [Remarks] 理化学研究所 環境資源科学研究センター 植物免疫研究グループ
  • URL: http://plantimmunity.riken.jp/