ムギ類－いもち病菌間特異性を支配する抵抗性遺伝子の病原菌認識機構の解明

• Project/Area Number: 22K20580
• Research Category: Grant-in-Aid for Research Activity Start-up
• Allocation Type: Multi-year Fund
• Review Section: 0602:Agricultural and environmental biology and related fields
• Research Institution: Kobe University
• Principal Investigator: 足助 聡一郎 神戸大学, 農学研究科, 助教 (90882514)
• Project Period (FY): 2022-08-31 – 2024-03-31
• Project Status: Granted (Fiscal Year 2022)
• Budget Amount: ¥2,860,000 (Direct Cost: ¥2,200,000、Indirect Cost: ¥660,000); Fiscal Year 2023: ¥1,430,000 (Direct Cost: ¥1,100,000、Indirect Cost: ¥330,000); Fiscal Year 2022: ¥1,430,000 (Direct Cost: ¥1,100,000、Indirect Cost: ¥330,000)
• Keywords: いもち病菌 / オオムギ / コムギ / 非病原力遺伝子 / 抵抗性遺伝子

Outline of Research at the Start

オオムギの各種いもち病菌に対する抵抗性は、7H染色体上に座乗する単一の遺伝子座Rmo2のalleleによって支配されている。これまでに本遺伝子の単離に成功し、その病原菌認識範囲は、各alleleが有する特定のドメインによって決定されていることが示唆された。また、Rmo2のコムギホモログはいもち病菌群－コムギ間特異性を決定する抵抗性遺伝子の一つであるRwt7であることが判明し、本遺伝子はムギ類の病害抵抗性において基幹的な役割を担うことが示唆された。本研究では、これら抵抗性遺伝子の病原菌認識機構の解明及びその遺伝子機能進化過程の解明を目指す。

Outline of Annual Research Achievements

クローニングに成功したHMA-tandem kinaseをコードする抵抗性遺伝子の非病原力遺伝子認識機構を明らかにするために、Rmo2とRwt7のHMAドメインとtandem kinaseドメインをスワップさせたキメラコンストラクトを導入したオオムギ形質転換体を用いた接種実験を試みた。しかしながら、すべての接種組み合わせにおいて形質転換体は感受性を示し、期待通りの結果を得ることはできなかった。各遺伝子の配列類似性をもとにキメラ化したが、その際に、抵抗性遺伝子として機能するために重要な構造を壊してしまった可能性がある。そこで、Rmo2の近傍に座乗し同じくHMA-tandem kinaseをコードする黒さび病抵抗性遺伝子Rpg1に着目した。今後、Rmo2に構造がより類似しているRpg1 kinaseドメインにRmo2 HMAドメインを融合させたキメラコンストラクトを作成し、プロトプラストアッセイによって、PBY2の認識による細胞死が起こるかどうかを検証する予定である。
一方、アワいもち病菌GFSI1-7-2が保有するMAXエフェクター様遺伝子の逆遺伝学的な予測を試みた。GFSI1-7-2の参照配列に感染時のRNA-seqリードをマッピングし、transcriptomeを予測した。SignalP、HMMERを用いたモチーフ検索によって、最終的に26個の遺伝子をMAXエフェクター様の構造をとる分泌シグナルを有するタンパク質コード遺伝子として同定した。このうちいずれかの遺伝子産物が、HMAドメインを有するオオムギの抵抗性遺伝子Rmo2又はコムギの抵抗性遺伝子Rwt7によって認識されていると予想する。

Current Status of Research Progress

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

Reason

当初計画していた方法で、オオムギRmo2とコムギRwt7のドメインスワップによるAVR認識ドメインの特定はできなかった。そこで、Rmo2により近縁な遺伝子であるRpg1に着目し、本遺伝子とのスワップコンストラクトを用いて、認識機構の解明を試みる。
一方、エフェクタ―の構造に着目してGFSI1-7-2のMAXエフェクター様遺伝子を同定することができ、現在スクリーニングするための発現ベクターを構築中である。

Strategy for Future Research Activity

Rpg1 kinaseにRmo2 HMAを融合させたキメラコンストラクトを作成し、プロトプラストアッセイによって新たな非病原力遺伝子の認識が生じるかを検証する。予測したアワ菌の保有するMAXエフェクター様遺伝子の過剰発現ベクターを構築し、プロトプラストアッセイによって、Rmo2、Rwt7によって認識される非病原力エフェクターの同定を試みる。また、HMMER以外の構造予測プログラムを用いて、GFSI1-7-2のエフェクター候補遺伝子の同定を引き続き試みる。