| Project/Area Number |
22H00364
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| Research Category |
Grant-in-Aid for Scientific Research (A)
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| Allocation Type | Single-year Grants |
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| Section | 一般 |
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| Review Section |
Medium-sized Section 38:Agricultural chemistry and related fields
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| Research Institution | Institute of Physical and Chemical Research |
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Principal Investigator |
白須 賢 国立研究開発法人理化学研究所, 環境資源科学研究センター, グループディレクター (20425630)
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| Project Period (FY) |
2022-04-01 – 2025-03-31
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| Project Status |
Granted (Fiscal Year 2024)
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| Budget Amount *help |
¥42,510,000 (Direct Cost: ¥32,700,000、Indirect Cost: ¥9,810,000)
Fiscal Year 2024: ¥13,520,000 (Direct Cost: ¥10,400,000、Indirect Cost: ¥3,120,000)
Fiscal Year 2023: ¥13,780,000 (Direct Cost: ¥10,600,000、Indirect Cost: ¥3,180,000)
Fiscal Year 2022: ¥15,210,000 (Direct Cost: ¥11,700,000、Indirect Cost: ¥3,510,000)
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| Keywords | 植物 / 病害抵抗性 |
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| Outline of Research at the Start |
植物が如何にして病原体を認識し免疫システムを活性化させるかを解明することが本課題の目的である。植物や病原体ゲノムにはこれまでの攻防の歴史が刻まれているはずであり、これを解読しながら、遺伝学・生化学を駆使して、植物の重要免疫因子を同定し、その生理学的および生化学的機能を解明することによって、植物-病原体相互作用の全容を明らかにする。特に、植物において病原体との接触点である細胞外（アポプラスト）での攻防を中心に、病原体由来タンパク質を認識する機構を明らかにするとともに、アポプラストでの活性酸素群シグナル伝達の重要因子を同定し、感染時における細胞間コミュニケーションの分子機構を解明する。
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| Outline of Annual Research Achievements |
比較ゲノム・トランスクリプトーム解析より炭疽病菌に高度に保存され感染時に発現が上昇する遺伝子群の中から特定したアポプラスト型リボヌクレアーゼ（RNase, SRN1とそのホモログSRN2）が、細胞死を誘導することを発見し、同時に植物免疫反応を誘導することを発見した。この酵素が、グアニンを含む一本鎖RNAを切断し、グアノシン－3’-モノリン酸(Gp)を3’末端に残す活性を持っており、SRN1とSRN2の二重変異体は宿主植物への侵入効率が高まり病原体量が増加することをまとめ、NEW PHYTOLOGIST誌に発表した。また、アポプラストに活性酸素を生成するNADPH酵素に結合する新規因子PB1CPを同定し、その機能解析をおこない、植物免疫を負に制御する因子としてNEW PHYTOLOGIST誌に発表した。さらに、アポプラストにロイシンリッチリピート(LRR)構造をもつ受容体様タンパク質であるLRR-RLK型およびLRR-RLP型タンパク質をコードする遺伝子群を350種の植物のゲノムデータベースから抽出して、その大規模系統樹解析をおこなった。その結果、LRR-RLP型タンパク質をコードする遺伝子はLRR-RLKのＸb型をコードする遺伝子群から進化したことを明らかにした。またLRR-RLKのＸｂ型の細胞内キナーゼドメインをLRR-RLP型タンパク質に結合させると、免疫シグナルと発生シグナルのシグナル伝達経路を変化させることができることを示し、Nature Communications誌に発表した。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
1: Research has progressed more than it was originally planned.
Reason
LRR-RLKの1つであるCARD1の細胞外ドメインをベンサミアーナタバコで強発現して、タグを用いて高純度に精製した。クライオ電顕で詳細に解析したところ、構造が得られた。この構造から3つのＳ－Ｓボンドを発見したが、驚くべきことに、そのうち２つは他研究グループが発表したものとは異なることが明らかとなった。また、金属原子を含有する可能性も明らかになった。現在、変異体を作成してこの構造の検証をおこなっている。多数の植物ゲノムを用いたLRR-RLKの大規模系統樹解析をおこない、AIを駆使した解析法により、リガンド結合部位の保存性を検証して、リガンドの進化的保存性を推察した。また、シロイヌナズナにおける免疫阻害剤のターゲットをコードする遺伝子の二重変異体がWTに比べ、トマト斑葉細菌(Pseudomonas syringae pv. tomato)に対しての免疫能が減少していたことから、作用機作を得るためにRNA-seqを用いたトランスクリプトームをおこなったところ、サリチル酸に配糖体を結合する酵素をコードする遺伝子が特異的に高発現していた。免疫阻害剤を添付した際もこの遺伝子が特異的に高発現すること、サリチル酸が配糖体を結合すると免疫誘導活性が減少することから、これが免疫能を減少させる理由であると考えられた。この遺伝子の変異体との多重変異体を用いて、この仮説を検証中である。
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| Strategy for Future Research Activity |
最終年度の本年度は,アポプラストにおける活性酸素群シグナル伝達系因子の同定と機能解析をおこなう。具体的には活性酸素生成酵素の制御因子として同定したRLKタンパク質のKO解析や複合体因子の同定をおこない、その生化学的機能の解明をめざす。また、活性酸素およびキノンのシグナル伝達因子であるCARD1と関係性を明らかにする。CARD1については構造を明らかにし、受容およびシグナル伝達機構を分子レベルで解き明かす。サリチル酸のシグナルに繋がるGLP1およびGLP3タンパク質をコードする遺伝子の遺伝学的解析を引き続きおこない、各活性酸素シグナル伝達系の変異体との多重変異体の解析から、その関係性を明らかにする。また、同定されたPRRが、それを持たない他の科の植物において、病害抵抗性を付与するかを検証する。具体的には、同定されたPRRをクエリにしてデータベースを検索して、系統解析により、異なる植物種のゲノム中に、同定したPRRの機能的オルソログをコードされるかを確認する。次に、同定したPRRを持つ植物と持たない植物が、同定したMAMPを認識するかどうか、また病害抵抗性を示すかどうかを確認する。また、同定したPRRを持たず、病害抵抗性を発揮できない植物に、同定された遺伝子を導入し、病原体に対して抵抗性を付与できるかを検証する。
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