Elucidation of the switching mechanism of chitin triggered immunity and AM symbiosis in rice

• Project/Area Number: 19J40279
• Research Category: Grant-in-Aid for JSPS Fellows
• Allocation Type: Single-year Grants
• Section: 国内
• Review Section: Basic Section 39040:Plant protection science-related
• Research Institution: Meiji University
• Principal Investigator: 宮田 佳奈 明治大学, 明治大学, 特別研究員(RPD)
• Project Period (FY): 2020-01-06 – 2023-03-31
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2022)
• Budget Amount: ¥3,900,000 (Direct Cost: ¥3,000,000、Indirect Cost: ¥900,000); Fiscal Year 2022: ¥650,000 (Direct Cost: ¥500,000、Indirect Cost: ¥150,000); Fiscal Year 2021: ¥1,300,000 (Direct Cost: ¥1,000,000、Indirect Cost: ¥300,000); Fiscal Year 2020: ¥1,300,000 (Direct Cost: ¥1,000,000、Indirect Cost: ¥300,000); Fiscal Year 2019: ¥650,000 (Direct Cost: ¥500,000、Indirect Cost: ¥150,000)
• Keywords: LysM型受容体キナーゼ / イネ / 菌根菌共生 / OsCERK1 / OsSYMRK / キチン誘導性防御応答 / 防御応答

Outline of Research at the Start

植物は感染を試みる病原性微生物を排除する一方、有益な微生物を厳密に区別し共生する。イネのLysM型受容体キナーゼOsCERK1は、この共生応答と防御応答という対照的な両方の起動に関与している。
OsCERK1と複合体を形成するGPIアンカー型受容体CEBiPはキチン誘導性の防御応答にのみ必須であることから、OsCERK1は複合体を形成する相手を変えることにより、防御応答と共生応答を切り替えている可能性が考えられる。しかし、共生応答の誘導に関わる相手の受容体は未だ明らかになっていない。
そこで本研究では、イネの菌根菌共生の開始に関わる受容体を探索し、共生応答が選択的に起動される機構の解明を目指す。

Outline of Annual Research Achievements

イネのLysM型受容体キナーゼOsCERK1は、共生応答と防御応答という対照的な2つの応答の起動に関わる。しかし、同一の受容体がどのようなメカニズムで、適した応答を起動するのかについては、未だ詳細が明らかになっていない。OsCERK1はGPIアンカー型受容体CEBiPと複合体を形成し、キチン8量体を認識することで防 御応答を起動することが知られており、私はこの知見から、OsCERK1がリガンドの種類によって複合体を形成するパートナー受容体を変えることにより、異なる応 答を選択的に起動するのではないかと考えている。しかし、現時点でイネの菌根菌共生の誘導に関わるパートナー受容体の実体は不明である。 そこで本課題では、イネにおいてOsCERK1と共に菌根菌共生に関わる受容体を探索することを目的とした。候補遺伝子として、イネが持つLysM受容体型キナーゼ や、GPIアンカー型のLysM受容体様タンパク質を挙げ、それぞれの候補遺伝子についてゲノム編集技術を用いて欠損変異体を作出し、菌根菌共生の表現型の評価を行うことで、OsCERK1と共にイネの菌根菌共生に関わる受容体の解明を目指している。さらにマメ科植物の知見から、OsCERK1と相互作用する可能性のあるOsSYMRK 受容体に関しても着目して機能解析を行った。 本年度は、最終年度として候補遺伝子群の欠損変異体に対して行った表現方解析の結果をまとめ、国際誌にて論文として報告を行い、さらに学会での発表を行った。

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

• [Int'l Joint Research] Wageningen University(オランダ)
• [Journal Article] OsSYMRK Plays an Essential Role in AM Symbiosis in Rice (Oryza sativa) (2023)
  • Author(s): Miyata Kana、Hosotani Moe、Akamatsu Akira、Takeda Naoya、Jiang Wendi、Sugiyama Taisei、Takaoka Ryou、Matsumoto Kotarou、Abe Satsuki、Shibuya Naoto、Kaku Hanae
  • Journal Title: Plant and Cell Physiology Volume: 64 Issue: 4 Pages: 378-391
  • DOI: 10.1093/pcp/pcad006
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] How does OsCERK1 switch between immunity and symbiosis functions in rice? (2023)
  • Author(s): Miyata Kana、Kaku Hanae
  • Journal Title: Physiological and Molecular Plant Pathology Volume: 125 Pages: 102010-102010
  • DOI: 10.1016/j.pmpp.2023.102010
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] OsCERK2/OsRLK10, a homolog of OsCERK1, has a potential role for chitin-triggered immunity and AM symbiosis in rice. (2022)
  • Author(s): Miyata K., Hasegawa S., Nakajima E., Nishizawa Y., Kamiya K., Yokogawa H., Shirasaka S., Maruyama S., Shibuya N., Kaku H.
  • Journal Title: Plant Biotech. Volume: -
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Duplication of Symbiotic Lysin Motif Receptors Predates the Evolution of Nitrogen-Fixing Nodule Symbiosis (2020)
  • Author(s): Rutten Luuk、Miyata Kana、Roswanjaya Yuda Purwana、Huisman Rik、Bu Fengjiao、Hartog Marijke、Linders Sidney、van Velzen Robin、van Zeijl Arjan、Bisseling Ton、Kohlen Wouter、Geurts Rene
  • Journal Title: Plant Physiology Volume: 184 Issue: 2 Pages: 1004-1023
  • DOI: 10.1104/pp.19.01420
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Presentation] 菌根菌共生におけるイネのOsSYMRKの役割とその進化 (2023)
  • Author(s): 宮田佳奈、細谷萌恵、蒋文迪、高岡瞭、松本虎太郎、賀来華江
  • Organizer: 第64回日本植物生理学会年会（東北大学）
• [Presentation] LysM receptor-kinase CERK1 is a key molecular switch for the carbohydrate ligand-induced plant immunity and symbiosis signaling (2022)
  • Author(s): Hanae Kaku, Kana Miyata, Shingo Maruyama, Wendi Jiang, Masaki Kohari, Maruya Suzuki, Yoshitake Desaki and Naoto Shibuya
  • Organizer: 12th Japan-US Seminar in Plant Pathology (Cornell University)
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] イネにおいてキチン誘導性防御応答と菌根菌共生応答を切り替える因子の探索 (2022)
  • Author(s): 宮田佳奈, 細谷萌恵, 杉山泰成, 高橋勇人, 賀来華江
  • Organizer: 第63回日本植物生理学会（筑波大学・オンライン開催）
• [Presentation] 根粒着生する非マメ科植物パラセポニアを用いたCa2+スパイキング解析手法の開発 (2021)
  • Author(s): 宮田佳奈, Luuk Rutten, Rene Geurts, 賀来華江
  • Organizer: 植物微生物研究会第30回研究交流会（東京農工大学・オンライン開催）
• [Presentation] Duplications of functional rhizobium LCO receptors predate evolution of nitrogen-fixing nodules. (2019)
  • Author(s): Kana Miyata
  • Organizer: Annual Meeting Experimental Plant Sciences Lunteren
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] 根粒着生する非マメ科植物ParasponiaにおけるLCO受容体の解析 (2019)
  • Author(s): 宮田佳奈, Rutten Luuk, Geurts Rene
  • Organizer: 第37回日本植物細胞分子学会
• [Remarks] Plant Cell Physiol. Latest Research Highlights
  • URL: https://academic.oup.com/pcp/pages/research-highlights-latest