Understanding the mechanisms for activation of sugar transporters in plant immunity

• Project/Area Number: 20K05831
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
• Allocation Type: Multi-year Fund
• Section: 一般
• Review Section: Basic Section 38030:Applied biochemistry-related
• Research Institution: Ritsumeikan University
• Principal Investigator: 木村 幸恵 立命館大学, 立命館グローバル・イノベーション研究機構, 助教 (40855946)
• Project Period (FY): 2020-04-01 – 2023-03-31
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2022)
• Budget Amount: ¥4,290,000 (Direct Cost: ¥3,300,000、Indirect Cost: ¥990,000); Fiscal Year 2022: ¥1,170,000 (Direct Cost: ¥900,000、Indirect Cost: ¥270,000); Fiscal Year 2021: ¥1,040,000 (Direct Cost: ¥800,000、Indirect Cost: ¥240,000); Fiscal Year 2020: ¥2,080,000 (Direct Cost: ¥1,600,000、Indirect Cost: ¥480,000)
• Keywords: 植物免疫応答 / トランスポーター / 受容体様キナーゼ / シロイヌナズナ / 糖トランスポーター / 細胞膜受容体

Outline of Research at the Start

植物に感染した病原菌は，植物細胞内の糖を細胞外へ排出させ栄養源として利用する．その一方で，植物は細胞外の糖を細胞内へ回収することでそれを阻止している．この争奪戦には植物の細胞膜に局在する糖トランスポーター（輸送体）が関与する．本研究では，植物の免疫応答に重要な糖トランスポーターの活性制御機構を明らかにすることで，病原菌に対する植物の抵抗性強化を目指す．具体的には，糖トランスポーターの新奇活性制御因子の探索・同定に加えて，糖結合が示唆される受容体による糖トランスポーターの活性制御の検証を行う．

Outline of Annual Research Achievements

植物に感染した病原菌は，植物細胞内の糖を細胞外へ排出させ栄養源として利用する．その一方で，植物は細胞外の糖を細胞内へ回収することでそれを阻止すると考えられている．この糖の争奪戦には植物の細胞膜に局在する糖トランスポーターが関与することが知られているが，その糖輸送活性の制御機構については不明な点が多く残されている．本研究は，植物の免疫応答に重要な糖トランスポーターの新奇活性制御因子を同定し，その活性制御機構を明らかにすることを目的とした．
まずガスクロマトグラフ質量分析を用いて，植物体の糖含有量を定量化した結果，糖トランスポーターの制御候補因子である細胞膜局在受容体様キナーゼが，そのキナーゼ活性を介して，細胞内の糖恒常性維持に関与していることが明らかになった．さらにその受容体様キナーゼの欠損変異体を，異なる濃度の糖含有培地で生育した結果，糖トランスポーター欠損変異体と同様の表現型を示した．
次に糖トランスポーターと受容体様キナーゼとのタンパク質間相互作用解析を行った．先行研究から免疫応答への関与が報告されている8種の糖トランスポーターと１種の受容体様キナーゼの細胞質領域にタグをつけた融合タンパク質をそれぞれ大腸菌から精製し，in vitro pull downを行なった．その結果，8種の中で6種の糖トランスポーターが受容体様キナーゼとin vitroで直接相互作用することが明らかになった．次に，受容体様キナーゼによる糖トランスポーターのタンパク質リン酸化を調べるためにin vitro kinase assayを行なった．その結果，受容体様キナーゼは相互作用する糖トランスポーターをin vitroでリン酸化することが示唆された．これらの結果から，この受容体様キナーゼが糖トランスポーターのリン酸化を介して，糖輸送制御に関与する可能性が示唆された．

Research Products

• [Int'l Joint Research] University of Helsinki(フィンランド)
• [Int'l Joint Research] Czech Academy of Sciences(チェコ)
• [Int'l Joint Research] ヘルシンキ大学(フィンランド)
• [Int'l Joint Research] チェコ科学アカデミー(チェコ)
• [Journal Article] Quantitative Analysis for ROS-Producing Activity and Regulation of Plant NADPH Oxidases in HEK293T Cells (2022)
  • Author(s): Kimura Sachie、Kaya Hidetaka、Hashimoto Kenji、Wrzaczek Michael、Kuchitsu Kazuyuki
  • Journal Title: Methods in Molecular Biology Volume: 2526 Pages: 107-122
  • DOI: 10.1007/978-1-0716-2469-2_8
  • ISBN: 9781071624685, 9781071624692
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Stress-induced reactive oxygen species compartmentalization, perception and signalling (2021)
  • Author(s): Castro Bardo、Citterico Matteo、Kimura Sachie、Stevens Danielle M.、Wrzaczek Michael、Coaker Gitta
  • Journal Title: Nature Plants Volume: 7 Issue: 4 Pages: 403-412
  • DOI: 10.1038/s41477-021-00887-0
  • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
• [Journal Article] The calcium-permeable channel OSCA1.3 regulates plant stomatal immunity (2020)
  • Author(s): Thor Kathrin、Jiang Shushu、Michard Erwan、George Jeoffrey、Scherzer Sonke、Huang Shouguang、Dindas Julian、Derbyshire Paul、Leitao Nuno、DeFalco Thomas A.、Koster Philipp、Hunter Kerri、Kimura Sachie、その他13名
  • Journal Title: Nature Volume: 585 Issue: 7826 Pages: 569-573
  • DOI: 10.1038/s41586-020-2702-1
  • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Manganese Treatment Alleviates Zinc Deficiency Symptoms in Arabidopsis Seedlings (2020)
  • Author(s): Nakayama Sayuri、Sugano Shigeo S、Hirokawa Haruna、Mori Izumi C、Daimon Hiroyuki、Kimura Sachie、Fukao Yoichiro
  • Journal Title: Plant and Cell Physiology Volume: 61 Issue: 10 Pages: 1711-1723
  • DOI: 10.1093/pcp/pcaa094
  • Peer Reviewed
• [Presentation] NADPH oxidaseを介したROSシグナル伝達における受容体様キナーゼの機能 (2021)
  • Author(s): 木村幸恵
  • Organizer: 第62回日本植物生理学会年会シンポジウム「植物レドックス生物学の最前線：レドックス調節，酸化ストレスおよびシグナル伝達」
  • Invited
• [Book] Quantitative Analysis for ROS-Producing Activity and Regulation of Plant NADPH Oxidases in HEK293T Cells in Reactive Oxygen Species in Plants, Methods and Protocols (2022)
  • Author(s): Kimura Sachie, Kaya Hidetaka, Hashimoto Kenji, Wrzaczek Michael, Kuchitsu Kazuyuki
  • Publisher: Springer