Investigation of the diversity of infection mechanisms of phytoplasmas in the Pacific island nations through genomic and epidemiological studies

• Project/Area Number: 20KK0132
• Research Category: Fund for the Promotion of Joint International Research (Fostering Joint International Research (B))
• Allocation Type: Multi-year Fund
• Review Section: Medium-sized Section 39:Agricultural and environmental biology and related fields
• Research Institution: The University of Tokyo
• Principal Investigator: 志柿 俊朗 東京大学, 大学院農学生命科学研究科(農学部), 特任研究員 (90825217)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 前島 健作 東京大学, 大学院農学生命科学研究科(農学部), 准教授 (20726062) ; 宮崎 彰雄 東京大学, 大学院農学生命科学研究科(農学部), 特任助教 (70847748)
• Project Period (FY): 2020-10-27 – 2025-03-31
• Project Status: Granted (Fiscal Year 2023)
• Budget Amount: ¥18,590,000 (Direct Cost: ¥14,300,000、Indirect Cost: ¥4,290,000); Fiscal Year 2024: ¥2,600,000 (Direct Cost: ¥2,000,000、Indirect Cost: ¥600,000); Fiscal Year 2023: ¥1,950,000 (Direct Cost: ¥1,500,000、Indirect Cost: ¥450,000); Fiscal Year 2022: ¥5,200,000 (Direct Cost: ¥4,000,000、Indirect Cost: ¥1,200,000); Fiscal Year 2021: ¥4,160,000 (Direct Cost: ¥3,200,000、Indirect Cost: ¥960,000); Fiscal Year 2020: ¥4,680,000 (Direct Cost: ¥3,600,000、Indirect Cost: ¥1,080,000)
• Keywords: ファイトプラズマ / フィリピン / ソロモン諸島 / ブーゲンビル / LAMP法 / 分子疫学 / 遺伝的多様性 / ゲノム解析 / ソロモン / パプアニューギニア / ゲノム / 太平洋島嶼国 / LAMP

Outline of Research at the Start

本研究では、太平洋島嶼国の農業生産上の脅威となっている昆虫媒介性病害ファイトプラズマ病に関して、（１）独自の高性能検出系を用いて、作物並びに周辺の中間宿主植物における感染状況を網羅的に解明し、（２）新たに開発した高効率ゲノムシーケンシング技術により、島嶼地域におけるファイトプラズマの遺伝的多様性を解明し、宿主範囲および伝染環を特定する。これらの結果をもとに（３）ファイトプラズマの多様性獲得の進化メカニズムを明らかにするとともに、多様性にもとづいた新たな観点での予防技術を開発することを目的とする。

Outline of Annual Research Achievements

2023年度より新型コロナウイルスによる渡航制限が緩和されたことにより、フィリピンおよびブーゲンビルにおける調査を実施することができた。また、ソロモン諸島も含めて各国の現地協力者に収集を依頼していたFTAカードまたは精製DNAによる植物サンプルについても受領し、解析を進めた。ソロモン諸島のサンプルでは新たに複数のサンプルにおいてファイトプラズマ陽性であることが確認された。また、感染しているファイトプラズマの詳細な遺伝子配列解析により、昨年得られていた陽性サンプルも含めて、互いに非常に近縁ではあるものの宿主ごとに区別できる可能性が示唆され、これまで知られていなかった感染環が明らかになりつつある。また、過去に感染報告のなかった植物においても陽性となる検体が得られており、新たな病害の発見につながる成果を出すことができた。これについても、さらなるサンプル収集と遺伝子配列解析を進めている。フィリピンのサンプルでも多数のファイトプラズマ陽性サンプルを得ることができており、これらについても遺伝子配列解析を進めている段階にある。
加えて、本研究計画の基盤となるLAMP法によるファイトプラズマのユニバーサル検出技術（種を問わず全てのファイトプラズマを検出できる技術）と、加熱のみによるきわめて簡易なDNA抽出技術を確立することができた。この成果により、インフラの整わない島嶼部などにおけるファイトプラズマ感染植物の検査が可能になり、本研究計画の遂行に役立つことが期待される。

Current Status of Research Progress

2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.

Reason

現地への渡航が可能になったことにより、調査とサンプリングをきわめて順調に実施することができたため。また、得られたサンプルについてもファイトプラズマ陽性となるものを確保できており、それ以降の解析も順調に実施することができたため。

Strategy for Future Research Activity

今年度は解析に注力するとともに、ソロモン諸島では当初の想定以上に感染植物が得られているため、現地に渡航して重点的なサンプリングを計画している。

Research Products

• [Journal Article] Use of the 23S rRNA gene as a target template in the universal loop-mediated isothermal amplification (LAMP) of genomic DNA from phytoplasmas (2024)
  • Author(s): Akahori Mako、Miyazaki Akio、Koinuma Hiroaki、Tokuda Ryosuke、Iwabuchi Nozomu、Kitazawa Yugo、Maejima Kensaku、Namba Shigetou、Yamaji Yasuyuki
  • Journal Title: Microbiology Spectrum Volume: 12 Issue: 5
  • DOI: 10.1128/spectrum.00106-24
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Potential mobile units drive the horizontal transfer of phytoplasma effector phyllogen genes. (2023)
  • Author(s): Ryosuke Tokuda, Nozomu Iwabuchi, Yugo Kitazawa, Takamichi Nijo, Masato Suzuki, Kensaku Maejima, Kenro Oshima, Shigetou Namba, Yasuyuki Yamaji
  • Journal Title: Frontiers in Genetics Volume: 14 Pages: 1132432-1132432
  • DOI: 10.3389/fgene.2023.1132432
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Target degradation specificity of phytoplasma effector phyllogen is regulated by the recruitment of host proteasome shuttle protein (2023)
  • Author(s): Suzuki Masato、Kitazawa Yugo、Iwabuchi Nozomu、Maejima Kensaku、Matsuyama Juri、Matsumoto Oki、Oshima Kenro、Namba Shigetou、Yamaji Yasuyuki
  • Journal Title: Molecular Plant Pathology Volume: 25 Issue: 1 Pages: 1-12
  • DOI: 10.1111/mpp.13410
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Enrichment of phytoplasma genome DNA through a methyl-CpG binding domain-mediated method for efficient genome sequencing (2021)
  • Author(s): Nijo Takamichi、Iwabuchi Nozomu、Tokuda Ryosuke、Suzuki Takumi、Matsumoto Oki、Miyazaki Akio、Maejima Kensaku、Oshima Kenro、Namba Shigetou、Yamaji Yasuyuki
  • Journal Title: Journal of General Plant Pathology Volume: 87 Issue: 3 Pages: 154-163
  • DOI: 10.1007/s10327-021-00993-z
  • Peer Reviewed
• [Presentation] ファイトプラズマのエフェクターの水平伝播はトランスポゾン様配列PMUにより引き起こされる (2024)
  • Author(s): 岩渕望・徳田遼佑・北沢優悟・鈴木拓海・宮﨑彰雄・前島健作・大島研郎・難波成任・山次康幸
  • Organizer: 令和6年度日本植物病理学会大会
• [Presentation] PMUに座乗するファイロジェンの葉化誘導能の比較 (2024)
  • Author(s): 徳田遼佑・前島健作・岩渕望・北沢優悟・松本旺樹・鈴木誠人・大島研郎・難波成任・山次康幸
  • Organizer: 令和6年度日本植物病理学会大会
• [Presentation] ファイトプラズマ病の LAMP 診断における検体に応じた簡易 DNA 抽出法の最適化 (2024)
  • Author(s): 赤堀 真子・宮崎 彰雄・鯉沼 宏章・徳田 遼佑・前島 健作・ 難波 成任・山次 康幸
  • Organizer: 令和6年度日本植物病理学会大会
• [Presentation] イネ黄萎病ファイトプラズマのファイロジェンに見出された特異な分解標的スペクトラム (2024)
  • Author(s): 北沢 優悟・鈴木 誠人・岩渕 望・前島 健作・松山 樹立・ 松本 旺樹・大島 研郎・難波 成任・山次 康幸
  • Organizer: 令和6年度日本植物病理学会大会
• [Presentation] ファイロジェンの分解標的特異性はプロテアソーム関連因子との相互作用による制御を受ける (2024)
  • Author(s): 鈴木 誠人・北沢 優悟・岩渕 望・前島 健作・松山 樹立・ 松本 旺樹・大島 研郎・難波 成任・山次 康幸
  • Organizer: 令和6年度日本植物病理学会大会
• [Presentation] Target degradation specificity of a phytoplasma effector protein phyllogen is regulated by an ability to recruit host proteasome shuttle protein (2023)
  • Author(s): Masato Suzuki, Nozomu Iwabuchi, Yugo Kitazawa, Maejima Kensaku, Juri Matsuyama, Oki Matsumoto, Kenro Oshima, and Shigetou Namba, Yasuyuki Yamaji
  • Organizer: 24th Congress of the International Organization for Mycoplasmology
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Horizontal transfer of phytoplasma effector phyllogen genes is driven by potential mobile units (2023)
  • Author(s): Nozomu Iwabuchi, Ryosuke Tokuda, Yugo Kitazawa, Takamichi Nijo, Masato Suzuki, Kensaku Maejima, Kenro Oshima, Shigetou Namba, Yasuyuki Yamaji
  • Organizer: 24th Congress of the International Organization for Mycoplasmology
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Phytoplasmas: Plant pathogenic mycoplasma-like organisms (2023)
  • Author(s): Kensaku Maejima
  • Organizer: 24th Congress of the International Organization for Mycoplasmology
  • Int'l Joint Research / Invited
• [Presentation] Whole genome information-based assessment of intraspecific relatedness of phytoplasmas (2023)
  • Author(s): Toshiro Shigaki, Ryosuke Tokuda, Akio Miyazaki, Kensaku Maejima, Shigetou Namba, and Yasuyuki Yamaji
  • Organizer: 55th Anniversary and Annual Scientific Conference of the Pest Management Council of the Philippines
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Breakthroughs in disease diagnostics through biotechnology (2023)
  • Author(s): Toshiro Shigaki
  • Organizer: The Philippine Phytopathological Society Symposium on Biotech and Plant Breeding Innovations
  • Int'l Joint Research / Invited
• [Presentation] 全ゲノム情報の比較に基づくファイトプラズマの種内近縁性の評価 (2023)
  • Author(s): 徳田遼佑・岩渕望・二條貴通・北沢優悟・鈴木誠人・前島健作・大島研郎・難波成任・山次康幸
  • Organizer: 令和5年度日本植物病理学会大会
• [Presentation] 効率的なゲノム解読に向けたファイトプラズマDNA濃縮系の構築 (2021)
  • Author(s): 二條貴通・鈴木拓海・岩渕望・徳田遼佑・松本旺樹・宮﨑彰雄・前島健作・大島研郎・難波成任・山次康幸
  • Organizer: 第48回日本マイコプラズマ学会学術集会
• [Presentation] アジサイ葉化病ファイトプラズマHP系統のドラフトゲノム解析 (2021)
  • Author(s): 鈴木拓海・二條貴通・徳田遼佑・岩渕望・松本旺樹・宮﨑彰雄・前島健作・大島研郎・難波成任・山次康幸
  • Organizer: 第48回日本マイコプラズマ学会学術集会
• [Presentation] 媒介昆虫体内におけるファイトプラズマの局在・量的変動解析 (2021)
  • Author(s): 徳田遼佑・鯉沼宏章・魏薇・北沢優悟・二條貴通・宮﨑彰雄・前島健作・難波成任・山次康幸
  • Organizer: 第48回日本マイコプラズマ学会学術集会
• [Presentation] 媒介昆虫の主要感染器官におけるファイトプラズマの感染過程の可視化 (2021)
  • Author(s): 鯉沼宏章・徳田遼佑・松本旺樹・北沢優悟・二條貴通・宮﨑彰雄・前島健作・難波成任・山次康幸
  • Organizer: 第48回日本マイコプラズマ学会学術集会
• [Presentation] ファイトプラズマの花器官葉化誘導因子ファイロジェンの立体構造解析 (2021)
  • Author(s): 北沢優悟・岩渕望・宮武秀行・徳田遼佑・鯉沼宏章・前島健作・大島研郎・難波成任・山次康幸
  • Organizer: 第48回日本マイコプラズマ学会学術集会
• [Presentation] 網羅的探索法による多様なファイロジェン遺伝子の同定 (2021)
  • Author(s): 岩渕望・北沢優悟・松本旺樹・鈴木拓海・鈴木寛人・前島健作・大島研郎・難波成任・山次康幸
  • Organizer: 第48回日本マイコプラズマ学会学術集会
• [Presentation] 葉化誘導能をもたないファイロジェングループと葉化誘導能を制御する１アミノ酸多型の特定 (2021)
  • Author(s): 松本旺樹・岩渕望・北沢優悟・鈴木拓海・鈴木誠人・前島健作・大島研郎・難波成任・山次康幸
  • Organizer: 第48回日本マイコプラズマ学会学術集会
• [Presentation] ファイトプラズマ研究の温故知新：治療薬の試験管内評価法の開発 (2021)
  • Author(s): 宮﨑彰雄・前島健作・丹野和幸・北沢優悟・二條貴通・橋本将典・難波成任・山次康幸
  • Organizer: 第48回日本マイコプラズマ学会学術集会
• [Presentation] ファイトプラズマ研究の温故知新：治療薬の試験管内スクリーニング (2021)
  • Author(s): 前島健作・宮﨑彰雄・丹野和幸・鈴木拓海・鯉沼宏章・岩渕望・難波成任・山次康幸
  • Organizer: 第48回日本マイコプラズマ学会学術集会
• [Presentation] Universal detection and genome sequencing technologies for phytoplasmas toward elucidating their diversity and risks in the Pacific island countries (2021)
  • Author(s): Toshiro Shigaki
  • Organizer: Emerging Phytoplasma Diseases and Molecular Diagnosis
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Sampling and DNA extraction for phytoplasma detection from plants (2021)
  • Author(s): Kensaku Maejima
  • Organizer: Emerging Phytoplasma Diseases and Molecular Diagnosis
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Detection by PCR and LAMP (2021)
  • Author(s): Akio Miyazaki
  • Organizer: Emerging Phytoplasma Diseases and Molecular Diagnosis
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Universal detection and genome sequencing technologies for phytoplasmas toward elucidating their diversity and risks in the Pacific island coutries (2021)
  • Author(s): Toshiro Shigaki1, Akio Miyazaki, Lolita M. Dolores, Fe Dela Cueva, Oki Matsumoto, Takumi Suzuki, Takamichi Nijo, Kensaku Maejima, Shigetou Namba, Yasuyuki Yamaji
  • Organizer: 53rd Pest Management Council of the Philippines annual conference
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] フィールドサンプルからの効率的なファイトプラズマゲノム解読系の構築 (2021)
  • Author(s): 二條 貴通・岩渕 望・徳田 遼佑・鈴木 拓海・松本 旺樹・宮﨑 彰雄・前島 健作・大島 研郎・難波 成任・ 山次 康幸
  • Organizer: 令和3年度日本植物病理学会大会
• [Presentation] UNIVERSAL DETECTION AND GENOME SEQUENCING TECHNOLOGIES FOR PHYTOPLASMAS TOWARD ELUCIDATING THEIR DIVERSITY AND RISKS IN THE PACIFIC ISLAND COUNTRIES (2021)
  • Author(s): Toshiro Shigaki, Akio Miyazaki, Lolita M. Dolores, Fe Dela Cueva, Oki Matsumoto1, Takumi Suzuki, Takamichi Nijo, Kensaku Maejima, Shigetou Namba, Yasuyuki Yamaji
  • Organizer: The Pest Management Council of the Philippines (PMCP) Anniversary and Scientific Conference
  • Int'l Joint Research