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多犯性植物病原菌の植物認識機構を介した感染戦略の解明

Research Project

Project/Area Number 22K19176
Research Category

Grant-in-Aid for Challenging Research (Exploratory)

Allocation TypeMulti-year Fund
Review Section Medium-sized Section 39:Agricultural and environmental biology and related fields
Research InstitutionNagoya University

Principal Investigator

竹本 大吾  名古屋大学, 生命農学研究科, 教授 (30456587)

Project Period (FY) 2022-06-30 – 2025-03-31
Project Status Granted (Fiscal Year 2023)
Budget Amount *help
¥6,240,000 (Direct Cost: ¥4,800,000、Indirect Cost: ¥1,440,000)
Fiscal Year 2024: ¥1,950,000 (Direct Cost: ¥1,500,000、Indirect Cost: ¥450,000)
Fiscal Year 2023: ¥2,210,000 (Direct Cost: ¥1,700,000、Indirect Cost: ¥510,000)
Fiscal Year 2022: ¥2,080,000 (Direct Cost: ¥1,600,000、Indirect Cost: ¥480,000)
Keywords多犯性病原菌 / 灰色かび病菌 / ファイトアレキシン / 植物病原菌 / 抗菌物質
Outline of Research at the Start

極めて広い宿主範囲をもつ多犯性の病原菌が知られている。代表的な多犯性植物病原菌である灰色かび病菌 (Botrytis cinerea) は、果物、野菜を含む400種以上の植物に感染することが報告されている。この様な多犯性の病原菌はどの様な感染戦略で、多様な植物の抵抗性を打破して感染を確立しているのだろうか? 本研究では、1) 灰色かび病菌の抗菌物質の解毒化や耐性化に必要な遺伝子群の機能解析、2) 灰色かび病菌が植物の抗菌物質を認識するメカニズムの解明、3) 灰色かび病菌の病原性関連遺伝子群の起源の解析、を進めることで、多犯性病原菌のもつ特異な感染機構とその進化機構を解明する。

Outline of Annual Research Achievements

灰色かび病菌Botrytis cinereaは、1,600種以上の植物に感染することが報告されている代表的な多犯性植物病原菌である。本研究では、1) 灰色かび病菌の抗菌物質の解毒化や耐性化に必要な遺伝子群の機能解析、2) 灰色かび病菌が植物の抗菌物質を認識するメカニズムの解明、3) 灰色かび病菌の病原性関連遺伝子群の起源の解析、を進めることで、多犯性病原菌のもつ特異な感染機構とその進化機構を解明することを目指している。本年度は、カプシジオールの解毒化酵素として特定されたBcCPDH遺伝子のプロモーターの制御下でルシフェラーゼを発現するレポーター株を作出し、昨年度確立したアグロバクテリウムを用いた形質転換法を用いて、カプシジオールの応答性が低下した変異株のスクリーニングを行った。その結果、カプシジオールに応答したレポーターの活性化が低下した変異株を数株獲得した。またこれら変異株の全ゲノム配列の解析により、破壊されている遺伝子を特定した。今後、これら遺伝子の機能解析を進める予定である。また、灰色かび病菌によるリシチン(ジャガイモやトマトのファイトアレキシン)の解毒化機構について詳細に解析を行った。その結果、灰色かび病菌による6種類のリシチン代謝物の構造が特定され、灰色かび病菌は少なくとも5つのリシチン代謝経路を持っていることが明らかとなった。また、得られた代謝物はすべて抗菌活性が失われていたことから、灰色かび病菌は多様なリシチン解毒化機構をもっていることが示された。この解毒化は灰色かび病菌以外のBotrytis属菌においても検出されたが、他のBotrytis属菌での活性は比較的低かった。この結果は、リシチン耐性化については、灰色かび病菌は祖先種が持っていた解毒化機構をより増強することでリシチンを生産する植物への感染力を向上させたことを示唆した。

Current Status of Research Progress
Current Status of Research Progress

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

Reason

本年度は、アグロバクテリウムを用いた形質転換法によるランダム遺伝子破壊を利用したスクリーニングによって、灰色かび病菌のカプシジオール応答性が低下する複数の変異株を取得した。得られた変異株は植物に対する病原性も低下しており、カプシジオール認識が病原性に重要であることが示唆された。また、破壊されている遺伝子のリシークエンシングにより、破壊されている遺伝子を特定することが出来た。今後、さらなる検証が必要であるが、灰色かび病菌のカプシジオール認識機構を解明するための重要な進展であり、2024年度に破壊されていた遺伝子の機能解析を進める計画である。また、灰色かび病菌によるリシチンの代謝過程についてはその全貌を解明することに成功し、論文発表を行なった。今後、リシチンの解毒化酵素遺伝子の特定、他のBotrytisにおける解毒化酵素の分布や活性化機構の比較解析など、灰色かび病菌の多犯性化機構を解明するための重要なデータが得られた。これらの進行状況から、おおむね順調に進展している、と判断した。

Strategy for Future Research Activity

引き続き1) 灰色かび病菌の抗菌物質の解毒化や耐性化に必要な遺伝子群の機能解析、2) 灰色かび病菌が植物の抗菌物質を認識するメカニズムの解明、3) 灰色かび病菌の病原性関連遺伝子群の起源の解析の3つの目標を軸に研究を進める。
1) リシチンの解毒化過程は基本的には酸化反応であったため、リシチン処理時に発現が活性する遺伝子のリストからの解毒化酵素遺伝子の特定を目指す。これまでと同様にa. 抗菌物質耐性の無いエンドファイト菌に候補遺伝子を導入、抗菌物質の解毒・耐性化における機能の調査する、b. 候補遺伝子の破壊株を作出し、リシチン耐性およびリシチンを生産する植物への病原性における役割を評価する、という2つの実験法を併用する。
2) 昨年度に引き続き、カプシジオール応答性遺伝子のプロモーター活性をLucマーカーで検出する形質転換体を用いて、カプシジオール応答性が低下した変異株の単離を進めることで、灰色かび病菌のカプシジオール応答機構の解明を目指す。また、公開されている灰色かび病菌のRNAseqデータを解析することで、BcCPDHの活性化条件や1)で見出したリシチン解毒化酵素遺伝子が活性化される条件についての解析も進める。
3)リシチン解毒酵素遺伝子やカプシジオール応答に必要は遺伝子について、病原性因子が進化の過程でどのように獲得されたか明らかにするため、灰色かび病菌と同属の宿主範囲の狭いBotrytis菌や比較的に近縁な多犯性病原菌である菌核病菌における相同遺伝子の分布を調査する。a. 近縁種間で保存されている垂直伝播によって維持されてきた遺伝子群については、プロモータ領域の配列の比較など、遺伝子座の構造を比較する。b. 遠縁の微生物から水平伝播によって獲得された遺伝子は、その起源と移行した時代を明らかにする。これらの解析から、灰色かび病菌が多犯性菌となった進化プロセスの解明を目指す。

Report

(2 results)
  • 2023 Research-status Report
  • 2022 Research-status Report
  • Research Products

    (12 results)

All 2024 2023 2022

All Journal Article (4 results) (of which Int'l Joint Research: 2 results,  Peer Reviewed: 4 results,  Open Access: 3 results) Presentation (8 results) (of which Invited: 2 results)

  • [Journal Article] Botrytis cinerea tolerates phytoalexins produced by Solanaceae and Fabaceae plants through an efflux transporter BcatrB and metabolizing enzymes2023

    • Author(s)
      Bulasag Abriel Salaria、Camagna Maurizio、Kuroyanagi Teruhiko、Ashida Akira、Ito Kento、Tanaka Aiko、Sato Ikuo、Chiba Sotaro、Ojika Makoto、Takemoto Daigo
    • Journal Title

      Frontiers in Plant Science

      Volume: 14 Pages: 1177060-1177060

    • DOI

      10.3389/fpls.2023.1177060

    • Related Report
      2023 Research-status Report
    • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
  • [Journal Article] Draft Genome Sequences of Neofusicoccum parvum Strains Isolated from Mango and Rice-Paper Plant (Tetrapanax papyrifer)2023

    • Author(s)
      Ashida Akira、Camagna Maurizio、Sato Ikuo、Chiba Sotaro、Tanaka Aiko、Takemoto Daigo
    • Journal Title

      Microbiology Resource Announcements

      Volume: 12 Issue: 6

    • DOI

      10.1128/mra.00259-23

    • Related Report
      2023 Research-status Report
    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Journal Article] Leaf blight of rice-paper plant, Tetrapanax papyrifer, caused by Neofusicoccum parvum: a potential source of stem rot diseases of mango and grape2023

    • Author(s)
      Ashida Akira、Takushi Tetsuya、Camagna Maurizio、Sato Ikuo、Chiba Sotaro、Takemoto Daigo
    • Journal Title

      Journal of General Plant Pathology

      Volume: 89 Issue: 3 Pages: 179-184

    • DOI

      10.1007/s10327-023-01116-6

    • Related Report
      2022 Research-status Report
    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Botrytis cinerea identifies host plants via the recognition of antifungal capsidiol to induce expression of a specific detoxification gene2022

    • Author(s)
      Kuroyanagi Teruhiko、Bulasag Abriel Salaria、Fukushima Keita、Ashida Akira、Suzuki Takamasa、Tanaka Aiko、Camagna Maurizio、Sato Ikuo、Chiba Sotaro、Ojika Makoto、Takemoto Daigo
    • Journal Title

      PNAS Nexus

      Volume: 1 Issue: 5 Pages: 1-12

    • DOI

      10.1093/pnasnexus/pgac274

    • Related Report
      2022 Research-status Report
    • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
  • [Presentation] 灰色かび病菌Botrytis cinereaのカプシジオール解毒酵素遺伝子BcCPDHプロモーターは農薬などのストレスに応答して活性化する2024

    • Author(s)
      芦田晃, 黒柳輝彦, Abriel Salaria Bulasag, 福島啓太, 田中愛子, 佐藤育男, 千葉壮太郎, 小鹿 一, 竹本大吾
    • Organizer
      令和 5 年度日本植物病理学会大会
    • Related Report
      2023 Research-status Report
  • [Presentation] 灰色かび病菌の感染の仕組み解明 -「RNA 農薬」の開発を目指す-2024

    • Author(s)
      竹本大吾
    • Organizer
      令和5年度 植物防疫試験研究推進会議研究会
    • Related Report
      2023 Research-status Report
    • Invited
  • [Presentation] 灰色かび病菌が多様な植物に感染する機構の解析2024

    • Author(s)
      竹本大吾
    • Organizer
      日本農薬学会第49回大会 シンポジウム 「生物を知り制御する」
    • Related Report
      2023 Research-status Report
    • Invited
  • [Presentation] 灰色かび病菌Botrytis cinereaの種々の植物由来の多様なファイトアレキシンへの耐性機構に関する研究2023

    • Author(s)
      芦田晃, 黒柳輝彦, Abriel Salaria Bulasag, 福島啓太, 鈴木孝征, 田中愛子, 佐藤育男, 千葉壮太郎, 小鹿 一, 竹本大吾
    • Organizer
      令和5年度植物感染生理談話会
    • Related Report
      2023 Research-status Report
  • [Presentation] ナス科植物のファイトアレキシンである リシチンのBotrytis cinerea による解毒化機構による新たな代謝産物の検出と代謝 酵素遺伝子の特定2023

    • Author(s)
      Abriel Salaria Bulasag, 小鹿一, 芦田 晃, 佐藤育男, 千葉壮太郎, 竹本大吾
    • Organizer
      令和 4 年度日本植物病理学会関西部会
    • Related Report
      2023 Research-status Report
  • [Presentation] 灰色かび病菌Botrytis cinereaが植物由来の抗菌物質を代謝・排出する機構に関する研究2023

    • Author(s)
      芦田晃, 黒柳輝彦, Abriel Salaria Bulasag, 福島啓太, 鈴木孝征, 田中愛子, 佐藤育男, 千葉壮太郎, 小鹿 一, 竹本大吾
    • Organizer
      第22回糸状菌分子生物学コンファレンス
    • Related Report
      2023 Research-status Report
  • [Presentation] カミヤツデなどの雑草に感染する多犯性Neofusicoccum parvumはマンゴー軸腐病やブドウ胴枯病の発生源となる2023

    • Author(s)
      芦田晃, 澤岻哲也, 佐藤育男, 千葉壮太郎, 竹本大吾
    • Organizer
      令和 5 年度日本植物病理学会大会
    • Related Report
      2022 Research-status Report
  • [Presentation] ベンサミアナのレポーター形質転換体を用いたジャガイモ疫 病菌RXLR型エフェクターの活性検出2023

    • Author(s)
      芦田晃, 今野沙弥香, 佐藤育男, 千葉壮太郎, 竹本大吾
    • Organizer
      令和 4 年度日本植物病理学会関西部会
    • Related Report
      2022 Research-status Report

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Published: 2022-07-05   Modified: 2024-12-25  

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