オートファジー制御に基づく植物免疫の亢進と新奇植物防除剤の創出

• Project/Area Number: 21658118
• Research Category: Grant-in-Aid for Challenging Exploratory Research
• Allocation Type: Single-year Grants
• Research Field: Applied molecular and cellular biology
• Research Institution: Tokyo University of Science
• Principal Investigator: 朽津 和幸 東京理科大学, 理工学部, 教授 (50211884)
• Project Period (FY): 2009 – 2010
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2010)
• Budget Amount: ¥3,200,000 (Direct Cost: ¥3,200,000); Fiscal Year 2010: ¥1,200,000 (Direct Cost: ¥1,200,000); Fiscal Year 2009: ¥2,000,000 (Direct Cost: ¥2,000,000)
• Keywords: オートファジー / 植物免疫 / エリシター / 培養細胞 / 活性酸素種 / 感染防御応答 / 過敏感細胞死 / プロテインキナーゼ / カルシウムイオン / プログラム細胞死 / タバコ培養細胞BY-2

Research Abstract

植物の感染防御応答のモデル実験系において、オートファジー可視化系を構築すると共に、CIPKなど自然免疫応答に関与する因子の局在やその動態を可視化解析することにより、植物の自然免疫応答におけるオートファジーの機能の解明を進めた。オートファゴソームに局在するユビキチン様タンパク質ATG8と蛍光タンパク質YFPとの融合タンパク質を発現させたBY-2細胞を作出したところ、細胞内にパッチ状の蛍光が観察された。このオートファゴソーム様の蛍光は、糖飢餓条件下で著しく増加し、液胞膜プロトンポンプ阻害剤処理により、液胞内に蓄積された。病原体由来のシグナル因子の効果を解析したところ、自然免疫応答に伴い、オートファジーが抑制される可能性が示唆された。
卵菌由来のエリシターcryptogeinによりタバコ培養細胞BY-2株に誘導される活性酸素種(ROS)の生成を指標に、感染防御応答を活性化するリード化合物の効率的なスクリーニング系を確立した。この成果に関して、米国に特許出願した。Ca^<2+>動員、ROSの生成、防御関連遺伝子の発現、過敏感細胞死等、一連の防御応答を飛躍的に亢進し、cryptogeinに対する感受性を高める候補化合物を見出した。タバコ・シロイヌナズナ植物体に処理したところ、BTH等のサリチル酸系に作用する既存の植物抵抗性誘導剤と異なり、エリシターによるサリチル酸系・ジャスモン酸系の双方のシグナル伝達系について、下流の防御関連遺伝子の発現誘導の亢進が見られた。候補化合物の各種病原体に対する抵抗性の検定と共に、作用機構の解明を進めた。

Research Products

• [Journal Article] Cryptogein-induced cell cycle arrest at G2 phase is associated with inhibition of cyclin-dependent kinases, suppression of expression of cell cycle-related genes and protein degradation in synchronized tobacco BY2 cells. (2011)
  • Author(s): Ohno, R., Kadota, Y., Fujii, S., Sekine, M., Umeda, M., Kuchitsu, K.
  • Journal Title: Plant and Cell Physiology Volume: 52(印刷中)
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Dynamic reorganization and function of the cytoskeleton and vacuolesin defense responses and programmed cell death. (2011)
  • Author(s): Higaki, T., Kurusu, T., Hasezawa, S., Kuchitsu, K.
  • Journal Title: Journal of Plant Research Volume: 124 Pages: 315-324
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Negative Feedback Regulation of Microbe-Associated Molecular Pattern-Induced Cytosolic Ca^<2+> Transients by Protein Phosphorylation. (2011)
  • Author(s): Kurusu, T., Hamada, H., Sugiyama, Y., Yagala, T., Kadota, Y., Furuichi, T., Hayashi, T., Umemura, K., Komatsu, S., Miyao, A., Hirochika, H., Kuchitsu, K.
  • Journal Title: Journal of Plant Research Volume: 124 Pages: 415-424
  • NAID: 10028258282
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Roles of calcineurin B-like protein-interacting protein kinases in innate immunity in rice. (2010)
  • Author(s): Kurusu, T., Hamada, J., Hamada, H., Hanamata, S., Kuchitsu, K.
  • Journal Title: Plant Signaling & Behavior Volume: 5 Pages: 1045-1047
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Regulation of microbe-associated molecular pattern-induced hypersensitive cell death, phytoalexin production and defense gene expression by calcineurin B-like protein-interacting protein kinases, OsCIPK14/15, in rice cultured cells. (2010)
  • Author(s): Kurusu, T., Hamada, J., Nokajima, H., Kitagawa, Y., Kiyoduka, M., Takahashi, A., Hanamata, S., Ohno, R., Hayashi, T., Okada, K., Koga, J., Hirochika, H., Yamane, H., Kuchitsu, K.
  • Journal Title: Plant Physiology Volume: 153 Pages: 678-692
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Effects of growth phase and cell density on cryptogein-induced programmed cell death in suspension-cultured tobacco BY-2 cells : development of a model system for 100% efficient hypersensitive cell death. (2010)
  • Author(s): Sawai, Y., Tamotsu, S., Kuchitsu, K., Sakai, A.
  • Journal Title: Cytologia Volume: 75 Pages: 389-396
  • NAID: 10027947997
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Regulation of microbe-associated molecular pattern-induced hypersensitive cell death, phytoalexin production and defense gene expression by calcineurin B-like protein-interacting protein kinases, OsCIPK14/15, in rice cultured cells (2010)
  • Author(s): Kurusu, T., 他
  • Journal Title: Plant Physiology 153(2)
  • Peer Reviewed
• [Presentation] 植物免疫におけるCa^<2+>-活性酸素シグナル伝達系とオートファジー (2011)
  • Author(s): 朽津和幸
  • Organizer: 平成22年度「オートファジー研究会」
  • Place of Presentation: ヤマハリゾートつま恋
  • Year and Date: 2011-01-13
• [Presentation] 植物の感染防御応答におけるオートファジー動態の解析 (2011)
  • Author(s): 来須孝光、朽津和幸
  • Organizer: 平成22年度「オートファジー研究会」
  • Place of Presentation: ヤマハリゾートつま恋
  • Year and Date: 2011-01-13
• [Presentation] 植物細胞におけるオートファジー動態の可視化と細胞周期依存性の解析 (2011)
  • Author(s): 花俣繁、来須孝光、朽津和幸
  • Organizer: 平成22年度「オートファジー研究会」
  • Place of Presentation: ヤマハリゾートつま恋
  • Year and Date: 2011-01-13
• [Presentation] シロイヌナズナ活性酸素種生成酵素AtrbohD, AtrbohF の活性化機構の比較解析 (2011)
  • Author(s): 木村幸恵、先崎栄里子、賀屋秀隆、朽津和幸
  • Organizer: 第52回日本植物生理学会
  • Place of Presentation: 東北大学
• [Presentation] シロイヌナズナNADPH oxidase AtrbohA-Jの網羅的比較解析 (2011)
  • Author(s): 河原崎朋子、今井亜耶、森恭一郎、賀屋秀隆、朽津和幸
  • Organizer: 第52回日本植物生理学会
  • Place of Presentation: 東北大学
• [Presentation] 8-ニトロcGMP生成に及ぼす活性酸素の給源 (2011)
  • Author(s): 上土井貴裕、西谷章子、赤池孝章、澤智裕、朽津和幸、岩井純夫
  • Organizer: 第52回日本植物生理学会
  • Place of Presentation: 東北大学
• [Presentation] イネの膜電位依存性陽イオンチャネルOsTPC1の細胞内局在と感染防御応答における機能解析 (2011)
  • Author(s): 濱田晴康、小谷野智子、来須孝光、朽津和幸
  • Organizer: 第52回日本植物生理学会
  • Place of Presentation: 東北大学
• [Presentation] 植物の感染防御応答とオートファジー (2011)
  • Author(s): 朽津和幸、花俣繁、来須孝光
  • Organizer: 第52回日本植物生理学会シンポジウム「ベールを脱ぎ始めた植物オートファジー」
  • Place of Presentation: 東北大学(招待講演)
• [Presentation] 感染認識の初期反応とカルシウム-活性酸素シグナル (2011)
  • Author(s): 朽津和幸・濱田晴康・来須孝光
  • Organizer: 平成23年度日本植物病理学会大会
  • Place of Presentation: 東京農工大学農学部
• [Presentation] 培養細胞系を利用した新規植物抵抗性誘導剤のスクリーニングと作用機構の解明 (2011)
  • Author(s): 齊藤克典・来須孝光・河村康希・朽津和幸
  • Organizer: 平成23年度日本植物病理学会大会
  • Place of Presentation: 東京農工大学農学部
• [Presentation] 植物サプリ～植物の耐病性・環境ストレス耐性を制御する薬剤の探索～ (2010)
  • Author(s): 朽津和幸
  • Organizer: Biology Department Seminar
  • Place of Presentation: Duke University, USA(招待講演)
  • Year and Date: 2010-11-12
• [Presentation] Ca^<2+>-ROS Signaling Network Regulating Innate Immunity, Programmed Cell Death and Development in Plants. (2010)
  • Author(s): Kuchitsu, K.
  • Organizer: Plant Biotechnology Center Seminar
  • Place of Presentation: Ohio State University, USA(招待講演)
  • Year and Date: 2010-11-11
• [Presentation] 細胞の増殖・伸長・死の制御と活性酸素-Ca^<2+>シグナルネットワーク (2010)
  • Author(s): 朽津和幸
  • Organizer: 2010年度細胞周期合同セミナー
  • Place of Presentation: 静岡県伊東市
  • Year and Date: 2010-10-01
• [Presentation] 植物サプリ～植物の耐病性環境ストレス耐性を制御する薬剤の探索～ (2010)
  • Author(s): 朽津和幸
  • Organizer: 研究会「化学物質による植物の環境耐性・耐病性の制御」
  • Place of Presentation: 東京大学農学生命科学研究科
  • Year and Date: 2010-08-25
• [Presentation] 植物の生体情報ネットワーク (2010)
  • Author(s): 朽津和幸
  • Organizer: QBICサマースクール
  • Place of Presentation: 諏訪東京理科大学(招待講演)
  • Year and Date: 2010-08-21
• [Presentation] 植物の生体防御と活性酸素Ca^<2+>シグナルネットワーク (2010)
  • Author(s): 朽津和幸、来須孝光、賀屋秀隆
  • Organizer: 第21回日本生体防御学会シンポジウム
  • Place of Presentation: 仙台市戦災復興記念館(招待講演)
  • Year and Date: 2010-07-24
• [Presentation] 植物の活性酸素-Ca^<2+>精報伝達ネットワークと自然免疫・形態形成の制御 (2010)
  • Author(s): 朽津和幸
  • Organizer: 第25回東北大学生命科学青葉山セミナー
  • Place of Presentation: 東北大学理学部(招待講演)
  • Year and Date: 2010-07-23
• [Presentation] Ca^<2+>-ROS signaling network regulating innate immunity, programmed cell death and development in plants. (2010)
  • Author(s): Kuchitsu, K.
  • Organizer: International Symposium of Innovative Research Center for Agricultural Sciences "Multiple Functions of Plant Membrane Protein"
  • Place of Presentation: 東北大学農学部
  • Year and Date: 2010-07-22
• [Presentation] 植物のCa^<2+>-活性酸素情報伝達ネットワークと自然免疫・形態形成の制御 (2010)
  • Author(s): 朽津和幸
  • Organizer: 第67回Plant Science Seminar
  • Place of Presentation: 北海道大学理学部(招待講演)
  • Year and Date: 2010-07-09
• [Presentation] 植物のストレス応答と活性酸素-Ca^<2+>シグナルネットワーク (2010)
  • Author(s): 朽津和幸、来須孝光、賀屋秀隆
  • Organizer: 国際シンポジウム『微細藻類のバイオテクノロジー～食料・環境・エネルギー』
  • Place of Presentation: 東京大学弥生講堂
  • Year and Date: 2010-05-31
• [Presentation] 膜動態を介した植物免疫の新規制御機構の解析～タバコBY-2培養細胞の感染防御応答におけるオートファジー動態～ (2010)
  • Author(s): 来須孝光、花俣繁、河村康希、齊藤克典、朽津和幸
  • Organizer: 国際シンポジウム『微細藻類のバイオテクノロジー～食料・環境・エネルギー』
  • Place of Presentation: 東京大学弥生講堂
  • Year and Date: 2010-05-31
• [Presentation] Enhanced resistance against both pathogens and insects by overexpression of a tobacco MAP kinase, WIPK. (2010)
  • Author(s): Amano, Y., Seo, S., Kawazu, K., Sato, Y., Sugeno, W., Mochizuki, A., Kuchitsu, K., Ohashi, Y., Mitsuhara, I.
  • Organizer: 国際シンポジウム『微細藻類のバイオテクノロジー～食料・環境・エネルギー』
  • Place of Presentation: 東京大学弥生講堂
  • Year and Date: 2010-05-31
• [Presentation] 植物の活性酸素種-Ca^<2+>情報伝達ネットワークと自然免疫の制御 (2010)
  • Author(s): 朽津和幸
  • Organizer: 日本農芸化学会中四国支部第3回農芸化学の未来開拓セミナー
  • Place of Presentation: 岡山大学 津島キャンパス(招待講演)
• [Presentation] タバコBY-2細胞の感染防御応答に伴うオートファジーの動態とその生理的意義 (2010)
  • Author(s): 花俣繁, 来須孝光, 河村康希, 朽津和幸
  • Organizer: 第62回日本細胞生物学会大会
  • Place of Presentation: 大阪国際会議場
• [Presentation] REGULATION OF MICROBE-ASSOCIATED MOLECULAR PATTERN-NDUCED DEFENSE RESPONSES BY CALCINEURIN B-LIKE PROTEIN-INTERACTING PROTEIN KINASES. (2010)
  • Author(s): Kurusu, T., Hamada, J., Nokajima, H., Kitagawa, Y., Kiyoduka, M., Takahashi, A., Hanamata, S., Okada, K., Hirochika, H., Yamane, H., Kuchitsu, K.
  • Organizer: 21st International Conference on Arabidopsis Research
  • Place of Presentation: パシフィコ横浜
• [Presentation] INTERRELATIONSHIP BETWEEN MAMP-INDUCED DEFENSE RESPONSES AND CELL CYCLE PROGRESSION USING SYNCHRONOUS-CULTURED ARABIDOPSIS CELLS. (2010)
  • Author(s): Takahashi, S., Ohno, R., Maeda, Y., Kimura, S., Abe, Y., Umeda, M., Kuchitsu, K.
  • Organizer: 21st International Conference on Arabidopsis Research
  • Place of Presentation: パシフィコ横浜
• [Presentation] SCREENING FOR NOVEL REGULATORS OF ATRBOHD AND ATRBOHF, NADAPH OXIDASES INVOLVED IN PRODUCTION OF REACTIVE OXYGEN SPECIES. (2010)
  • Author(s): Kawarazaki, T., Michikawa, M., Imai, A., Niibori, H., Kaya, H., Kuchitsu, K.
  • Organizer: 21st International Conference on Arabidopsis Research
  • Place of Presentation: パシフィコ横浜
• [Presentation] REGULATION OF ROS-PRODUCING ACTIVITY OF AN ARABIDOPSIS NADPH OXIDASE, ATRBOHF, BY BINDING OF CA^<2+> AND PHOSPHORYLATION. (2010)
  • Author(s): Kimura, S., Okai, M., Kaya, H., Tanokura, M., Kuchitsu, K.
  • Organizer: 21st International Conference on Arabidopsis Research
  • Place of Presentation: パシフィコ横浜
• [Presentation] 感染認識の初期反応とカルシウム-活性酸素シグナル (2010)
  • Author(s): 朽津和幸、来須孝光、濱田晴康、賀屋秀隆
  • Organizer: 日本植物学会第74回大会シンポジウム「ストレス耐性とイオンチャネル」
  • Place of Presentation: 中部大学(招待講演)
• [Presentation] 花粉特異的に発現するシロイヌナズナの活性酸素種生成酵素AtrbohH, AtrbohJ の機能解析 (2010)
  • Author(s): 賀屋秀隆、中島諒、先崎栄里子、朽津和幸
  • Organizer: 日本植物学会第74回大会
  • Place of Presentation: 中部大学
• [Presentation] イネ培養細胞の感染防御応答・ファイトアレキシン生合成の制御におけるCa^<2+>チャネル候補因子OsTPC1の役割 (2010)
  • Author(s): 濱田晴康、清塚正弘、来須孝光、能鹿島央司、小谷野智子、岡田憲典、古賀仁一郎、山根久和、朽津和幸
  • Organizer: 日本植物学会第74回大会
  • Place of Presentation: 中部大学
• [Presentation] イネ培養細胞の自然免疫応答におけるCa^<2+>制御型プロテインキナーゼOsCIPK14/15の機能解析 (2010)
  • Author(s): 来須孝光、山本崇史、北川陽一郎、岡田憲典、古賀仁一郎、山根久和、朽津和幸
  • Organizer: 日本植物学会第74回大会
  • Place of Presentation: 中部大学
• [Presentation] 活性酸素種生成酵素AtrbohD, AtrbohFの活性化制御候補因子の単離と機能解析 (2010)
  • Author(s): 新堀仁美、今井亜耶、路川真貴、河原崎朋子、賀屋秀隆、朽津和幸
  • Organizer: 日本植物学会第74回大会
  • Place of Presentation: 中部大学
• [Presentation] HEK293T 細胞を用いた異種共発現系によるシロイヌナズナNADPH oxidase の活性調節機構の解析 (2010)
  • Author(s): 今井亜耶、新堀仁美、路川真貴、河原崎朋子、賀屋秀隆、朽津和幸
  • Organizer: 日本植物学会第74回大会
  • Place of Presentation: 中部大学
• [Presentation] 植物の生き方と情報ネットワーク (2010)
  • Author(s): 朽津和幸
  • Organizer: 京都大学基礎物理学研究所研究会「量子科学における双対性とスケール」
  • Place of Presentation: 京都大学 基礎物理学研究所 湯川記念館(招待講演)
• [Presentation] Phospho-proteomic approach to the identification of molecular targets regulating elicitor-induced calcium mobilization. (2010)
  • Author(s): Hamada, H., Katsura, N., Kurusu, T., Kuchitsu, K.
  • Organizer: 第2回国際シンポジウム:農学プロテオーム研究の最前線
  • Place of Presentation: つくば農林ホール
• [Presentation] シロイヌナズナ活性酸素種生成酵素AtrbohD, AtrbohF の新奇活性制御候補因子の単離と機能解析 (2010)
  • Author(s): 路川真貴、河原崎朋子、新堀仁美、今井亜耶、賀屋秀隆、朽津和幸
  • Organizer: BMB2010(第33回日本分子生物学会年会・第83回日本生化学会大会 合同大会)
  • Place of Presentation: 神戸ポートアイランド(招待講演)
• [Presentation] イネ培養細胞の感染防御応答におけるCa^<2+>動員とCa^<2+>を介した情報伝達に関与する因子の解析 (2010)
  • Author(s): 来須孝光、濱田晴康、賀屋秀隆、朽津和幸
  • Organizer: BMB2010(第33回日本分子生物学会年会・第83回日本生化学会大会 合同大会)
  • Place of Presentation: 神戸ポートアイランド
• [Presentation] シロイヌナズナ活性酸素種生成酵素AtrbohA-Jの網羅的比較解析 (2010)
  • Author(s): 河原崎朋子、今井亜耶、森恭一郎、賀屋秀隆、朽津和幸
  • Organizer: BMB2010(第33回日本分子生物学会年会・第83回日本生化学会大会 合同大会)
  • Place of Presentation: 神戸ポートアイランド
• [Presentation] DYNAMICS OF AUTOPHAGY DURING PATHOGENIC SIGNAL-TRIGGERED IMMUNE RESPONSES IN TOBACCO BY-2 CELLS (2009)
  • Author(s): 花俣繁, 他
  • Organizer: 第32回日本分子生物学会
  • Place of Presentation: パシフィコ横浜
  • Year and Date: 2009-12-12
• [Presentation] タバコBY-2細胞のエリシター誘導性の自然免疫応答におけるオートファジーの動態と役割 (2009)
  • Author(s): 河村康希, 他
  • Organizer: 日本植物学会第73回大会
  • Place of Presentation: 山形大学
  • Year and Date: 2009-09-19
• [Presentation] オートファジーを介した植物細胞の感染防御応答の制御 (2009)
  • Author(s): 朽津和幸, 他
  • Organizer: シンポジウム「動物と植物の免疫系その共通性と多様性」
  • Place of Presentation: 明治大学駿河台キャンパス
  • Year and Date: 2009-09-14
• [Presentation] 植物細胞の感染防御応答の細胞周期依存性とオートファジー動態の可視化解析 (2009)
  • Author(s): 花俣繁, 他
  • Organizer: 第18回日本バイオイメージング学会
  • Place of Presentation: 就実大学(岡山)
  • Year and Date: 2009-09-04
• [Presentation] オートファジーを介したタバコBY-2細胞の感染防御応答の制御 (2009)
  • Author(s): 朽津和幸, 他
  • Organizer: 第27回日本植物細胞分子生物学会
  • Place of Presentation: 日本大学生物資源科学部湘南キャンパス
  • Year and Date: 2009-07-30
• [Presentation] Molecular mechanism for activation of Arabidopsis NADPH oxidase AtrbohF by Ca^<2+> and phosphorylation (2009)
  • Author(s): Kimura, S., 他
  • Organizer: International Symposium 2009『Signaling Functions of Reactive Oxygen Species』
  • Place of Presentation: ホテルグリーンピア南阿蘇
  • Year and Date: 2009-07-18
• [Presentation] Identification and functional analyses of regulatory factors for Arabidopsis NADPH oxidases (2009)
  • Author(s): Senzaki, E., 他
  • Organizer: International Symposium 2009『Signaling Functions of Reactive Oxygen Species』
  • Place of Presentation: ホテルグリーンピア南阿蘇
  • Year and Date: 2009-07-18
• [Presentation] Physiological functions and regulation of enzymatic production of reactive oxygen species in plants : comprehensive functional analyses of the NADPH oxidase, respiratory burst oxidase homologs, in Arabidopsis and rice (2009)
  • Author(s): 朽津和幸, 他
  • Organizer: International Symposium 2009『Signaling Functions of Reactive Oxygen Species』
  • Place of Presentation: ホテルグリーンピア南阿蘇
  • Year and Date: 2009-07-18
• [Presentation] DYNAMICS OF AUTOPHAGY DURING PATHOGENIC SIGNAL-TRIGGERED IMMUNE RESPONSES IN TOBACCO BY-2 CELLS (2009)
  • Author(s): Kurusu, T., 他
  • Organizer: 第5回オートファジー国際会議
  • Place of Presentation: 大津プリンスホテル(滋賀)
• [Presentation] REGULATION OF PLANT IMMUNE RESPONSES BY MODULATION OF AUTOPHAGY (2009)
  • Author(s): 朽津和幸, 他
  • Organizer: 第5回オートファジー国際会議
  • Place of Presentation: 大津プリンスホテル(滋賀)
• [Book] 植物のシグナル伝達一分子と応答 (2011)
  • Author(s): 濱田睛康、来須孝光、朽津和幸
  • Total Pages: 238
  • Publisher: 共立出版
• [Remarks]
  • URL: http://www.tus.ac.jp/news/news.php?20100713093644
• [Remarks] 現在、当該研究成果を紹介するページを準備中
• [Patent(Industrial Property Rights)] METHOD OF SCREENING FOR PLANT DEFENSE ACTIVATORS, PLANT DEFENSE ACTIVATORS, AND METHOD OF ENHANCING IMMUNE RESPONSE. (2010)
  • Inventor(s): Kuchitsu, K., Kurusu, T.
  • Industrial Property Rights Holder: Kuchitsu, K., Kurusu, T.
  • Filing Date: 2010-08-31
  • Overseas