Elucidation of disease resistance mechanisms against Rhizoctonia root rot in barley

• Project/Area Number: 21K05610
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
• Allocation Type: Multi-year Fund
• Section: 一般
• Review Section: Basic Section 39040:Plant protection science-related
• Research Institution: National Agriculture and Food Research Organization
• Principal Investigator: 香西 雄介 国立研究開発法人農業・食品産業技術総合研究機構, 生物機能利用研究部門, 研究員 (50783502)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 能年 義輝 岡山大学, 環境生命科学学域, 研究教授 (70332278)
• Project Period (FY): 2021-04-01 – 2024-03-31
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2023)
• Budget Amount: ¥4,160,000 (Direct Cost: ¥3,200,000、Indirect Cost: ¥960,000); Fiscal Year 2023: ¥1,560,000 (Direct Cost: ¥1,200,000、Indirect Cost: ¥360,000); Fiscal Year 2022: ¥1,430,000 (Direct Cost: ¥1,100,000、Indirect Cost: ¥330,000); Fiscal Year 2021: ¥1,170,000 (Direct Cost: ¥900,000、Indirect Cost: ¥270,000)
• Keywords: 病害抵抗性 / オオムギ / 根腐れ病 / サリチル酸 / N-ヒドロキシピペコリン酸 / トランスクリプトーム解析 / ゲノムワイド関連解析

Outline of Research at the Start

土壌に生息する糸状菌Rhizoctonia solaniは、コムギ・オオムギの根腐れ病の原因である。我々は、岡山大学の大規模なオオムギ遺伝資源を用いてR. solani AG-4に対する感染性評価を行った結果、一部の系統が強い抵抗性を示すことを発見した。本研究では、その背景にある免疫応答の特徴づけ、および抵抗性遺伝子座の同定を目指す。まず、罹病性と抵抗性のオオムギ系統で菌接種後の時系列トランスクリプトームと転写ネットワーク解析を行い、その比較から抵抗性に寄与する免疫応答を解明する。また、オオムギ274系統の感染性を定量評価し、ゲノムワイド関連解析で抵抗性遺伝子座を特定する。

Outline of Annual Research Achievements

土壌に生息する糸状菌Rhizoctonia solani AG-4は、世界規模で問題となっているコムギ・オオムギの根腐れ病の原因菌である。本研究では、岡山大学のオオムギ遺伝資源を用い、AG-4感染の阻止に有効な免疫応答の特徴づけや抵抗性遺伝子座の同定を目指す。
本年度は、オオムギに加え、モデル草本植物であるミナトカモジグサも利用し、AG-4の根部および地上部への感染性を詳細に調べた。この結果、オオムギ系統Morexは根部および地上部どちらの部位でも抵抗性を示したが、Golden PromiseおよびHaruna-nijoは罹病性であった。ミナトカモジグサ系統Bd3-1およびGaz-4はR. solani AG-1の地上部感染に抵抗性を示すことが知られている(Kouzai et al. 2018)。これらの系統は、AG-4の根部および地上部への感染に対しても一定の抵抗性を示したことから、ミナトカモジグサ遺伝資源もAG-4抵抗性の解明に有効であると考えられた。
AG-1の植物地上部への感染阻止に有効な免疫応答のキープレーヤーとして植物ホルモンであるサリチル酸(SA)が知られている(Kouzai et al. 2018)。本年度は、SAおよび植物の全身獲得抵抗性に関わるN-ヒドロキシピペコリン酸(NHP)が、AG-4の感染阻止に有効であるか調べた。SAまたはNHP（各1 mM）を噴霧処理したオオムギ系統MorexおよびHaruna-nijoの地上部に対するAG-4の感染性を調べたところ、NHP処理によってAG-4感染が抑制されたが、SAにAG-4感染を抑制する効果はなかった。一方、SAおよびNHPは、両系統へのAG-1感染を顕著に抑制した。従って、感染阻止に有効なオオムギの免疫応答は、AG-1とAG-4とで異なることが示唆された。

Research Products

• [Presentation] Infectivity of Rhizoctonia solani isolates on Brachypodium distachyon and barley, and chemical-induced resistance (2024)
  • Author(s): Mahadevan N, Fernanda R, Matsui H, Ichinose Y, Toyoda K, Hisano H, Kouzai Y, Okamoto M, Noutoshi Y
  • Organizer: 令和 6年度日本植物病理学会大会
• [Presentation] Virulence of Japanese isolates of Rhizoctonia solani on Brachypodium distachyon and barley in leaf and soil inoculation, and resistance induced by N-hydroxypipecolic acid in leaves (2023)
  • Author(s): Mahadevan N, Kohno N, Nagao R, Nyein KT, Matsui H, Ichinose Y, Toyoda K, Kouzai Y, Hisano H, Okamoto M, Noutoshi Y
  • Organizer: 2023 IS-MPMI Congress
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] N-hydroxypipecolic acid confers resistance to Rhizoctonia solani in barley and Brachypodium distachyon (2023)
  • Author(s): Mahadevan N, Kohno N, Nagao R, Nyein KT, Matsui H, Yamamoto M, Ichinose Y, Toyoda K, KouzaiY, Hisano H, Okamoto M, Noutoshi Y
  • Organizer: 令和 5年度日本植物病理学会大会
• [Presentation] The pathogenicity of Rhizoctonia solani Japanese isolates on Brachypodium distachyon and barley (Hordeum vulgare L. ssp. vulgare ) (2022)
  • Author(s): Mahadevan N, Kohno N, Nagao R, Nyein KT, Matsui H, Yamamoto M, Ichinose Y, Toyoda K, Hisano H, Kouzai Y, Noutoshi Y
  • Organizer: 令和 4 年度日本植物病理学会関西部会