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植物病原細菌のもつ標的タンパク質分解機構を利用した画期的な果実成熟制御技術の開発

Research Project

Project/Area Number 23K13941
Research Category

Grant-in-Aid for Early-Career Scientists

Allocation TypeMulti-year Fund
Review Section Basic Section 39030:Horticultural science-related
Research InstitutionThe University of Tokyo

Principal Investigator

岩渕 望  東京大学, 大学院農学生命科学研究科(農学部), 特任研究員 (00888753)

Project Period (FY) 2023-04-01 – 2025-03-31
Project Status Granted (Fiscal Year 2023)
Budget Amount *help
¥4,680,000 (Direct Cost: ¥3,600,000、Indirect Cost: ¥1,080,000)
Fiscal Year 2024: ¥2,340,000 (Direct Cost: ¥1,800,000、Indirect Cost: ¥540,000)
Fiscal Year 2023: ¥2,340,000 (Direct Cost: ¥1,800,000、Indirect Cost: ¥540,000)
Keywords果実成熟 / MADS-box転写因子 / ファイトプラズマ / 葉化 / ファイロジェン / プロテインノックダウン
Outline of Research at the Start

果実の品質や保存性を向上させることは、食品廃棄を防止し、人々の健康維持や食糧問題の解決につながる重要な課題である。従来、果実の成熟制御には高等植物に広く存在し微量で制御可能な植物ホルモンやそれに類する化合物が利用されてきたが、その種類と作用機序は限定的であるため、使用にあたっては課題が存在する。そこで本研究では、果実成熟を担う転写因子の機能と植物病原細菌の標的タンパク質分解機構を利用し、これまでにない画期的な果実成熟制御技術の確立を目指す。これにより、植物ホルモンを中心とした既存の植物成長調整剤における課題を解決し、統合的な果実成熟制御体系の構築を目指す。

Outline of Annual Research Achievements

収穫前後における果実成熟過程の制御技術を開発し、品質・栄養・保存性を向上させることは食品廃棄を防ぎ、ひいては人々の健康維持・増進や、世界的な食糧問題の解決につながる重要な課題である。本研究では果実成熟を担う転写因子の機能を植物病原細菌ファイトプラズマのもつ病原性因子により制御することでこれまでにない画期的な果実成熟制御技術の確立を目的とする。これにより、植物ホルモンを中心とした既存の植物成長調整剤における課題を解決し、両手法を併用することであらゆる生理機能を標的とした統合的な果実成熟制御体系の構築を目指す。果実成熟を担う転写因子として、陸上植物に保存されたMADS-box転写因子(MTF)を標的とし、MTFの機能を制御する因子としてファイトプラズマの分泌タンパク質の一つであるファイロジェンを用いる。MTFはヘテロ複合体を形成し、果実成熟に関与する遺伝子の発現を制御することで成熟を促進する。ファイロジェンは花形成に関与するMTFと特異的に結合してプロテアソームに運び、分解を誘導する。そのため、果実の形成前にファイロジェンが作用すると各花器官の分化が阻害され、花の葉化を引き起こして植物は不稔となる。そこで、ファイロジェンを果実成熟開始以降に作用させることで、花器官の形成を阻害することなく果実の成熟のみを制御することを目指す。
本年度は植物ウイルスベクターを用いて果実成熟のモデル植物であるトマトにおけるファイロジェンの機能を評価した。加えて、ファイロジェンの分解標的となる果実MTFと、分解標的となるMTFの選択性メカニズムを明らかにした。

Current Status of Research Progress
Current Status of Research Progress

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

Reason

花形成前からファイロジェンを発現させたトマトにおいて花の葉化が観察されたことから、トマトにおけるファイロジェン発現系を確立できた。一方で、開花・結実後からファイロジェンを発現させても果実の成熟度に顕著な影響は見られなかった。
ファイロジェンのMTFに対する分解活性と、ファイロジェンのMTFおよびタンパク質をプロテアソームへと運ぶシャトル因子との結合性を解析した結果、ファイロジェンは果実成熟に関与する複数のMTFの分解を誘導することを明らかにした。加えて、ファイロジェンによる分解標的選択性は従来考えられてきた「ファイロジェンとMTFの結合性」に加えて、「両者が結合した後のシャトル因子との結合性」という2段階で制御されていることを明らかにした。

Strategy for Future Research Activity

果実におけるファイロジェン発現量を増大させるため、開花・結実後における効率的なタンパク質発現系を構築し、葉化に伴う不稔性を抑えつつファイロジェンの機能解析を行う。

Report

(1 results)
  • 2023 Research-status Report
  • Research Products

    (9 results)

All 2024 2023 Other

All Journal Article (3 results) (of which Peer Reviewed: 3 results,  Open Access: 3 results) Presentation (4 results) Remarks (2 results)

  • [Journal Article] Use of the 23S rRNA gene as a target template in the universal loop-mediated isothermal amplification (LAMP) of genomic DNA from phytoplasmas2024

    • Author(s)
      Akahori Mako、Miyazaki Akio、Koinuma Hiroaki、Tokuda Ryosuke、Iwabuchi Nozomu、Kitazawa Yugo、Maejima Kensaku、Namba Shigetou、Yamaji Yasuyuki
    • Journal Title

      Microbiology Spectrum

      Volume: 12 Issue: 5

    • DOI

      10.1128/spectrum.00106-24

    • Related Report
      2023 Research-status Report
    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Journal Article] Target degradation specificity of phytoplasma effector phyllogen is regulated by the recruitment of host proteasome shuttle protein2023

    • Author(s)
      Suzuki Masato、Kitazawa Yugo、Iwabuchi Nozomu、Maejima Kensaku、Matsuyama Juri、Matsumoto Oki、Oshima Kenro、Namba Shigetou、Yamaji Yasuyuki
    • Journal Title

      Molecular Plant Pathology

      Volume: 25 Issue: 1 Pages: 1-12

    • DOI

      10.1111/mpp.13410

    • Related Report
      2023 Research-status Report
    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Journal Article] Potential mobile units drive the horizontal transfer of phytoplasma effector phyllogen genes.2023

    • Author(s)
      Ryosuke Tokuda, Nozomu Iwabuchi, Yugo Kitazawa, Takamichi Nijo, Masato Suzuki, Kensaku Maejima, Kenro Oshima, Shigetou Namba, Yasuyuki Yamaji
    • Journal Title

      Frontiers in Genetics

      Volume: 14 Pages: 1132432-1132432

    • DOI

      10.3389/fgene.2023.1132432

    • Related Report
      2023 Research-status Report
    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Presentation] ファイトプラズマのエフェクターの水平伝播はトランスポゾン様配列PMUにより引き起こされる2024

    • Author(s)
      岩渕望・徳田遼佑・北沢優悟・鈴木拓海・宮﨑彰雄・前島健作・大島研郎・難波成任・山次康幸
    • Organizer
      令和6年度日本植物病理学会大会
    • Related Report
      2023 Research-status Report
  • [Presentation] PMUに座乗するファイロジェンの葉化誘導能の比較2024

    • Author(s)
      徳田遼佑・前島健作・岩渕望・北沢優悟・松本旺樹・鈴木誠人・大島研郎・難波成任・山次康幸
    • Organizer
      令和6年度日本植物病理学会大会
    • Related Report
      2023 Research-status Report
  • [Presentation] イネ黄萎病ファイトプラズマのファイロジェンに見出された特異な分解標的スペクトラム2024

    • Author(s)
      北沢優悟・鈴木誠人・岩渕望・前島健作・松山樹立・松本旺樹・大島研郎・難波成任・山次康幸
    • Organizer
      令和6年度日本植物病理学会大会
    • Related Report
      2023 Research-status Report
  • [Presentation] ファイロジェンの分解標的特異性はプロテアソーム関連因子との相互作用による制御を受ける2024

    • Author(s)
      鈴木誠人・北沢優悟・岩渕望・前島健作・松山樹立・松本旺樹・大島研郎・難波成任・山次康幸
    • Organizer
      令和6年度日本植物病理学会大会
    • Related Report
      2023 Research-status Report
  • [Remarks] ファイトプラズマの病原性獲得の原動力を解明――病原性遺伝子はトランスポゾンによってシェアされる――

    • URL

      https://www.a.u-tokyo.ac.jp/topics/topics_20230511-1.html

    • Related Report
      2023 Research-status Report
  • [Remarks] 病原性因子の標的選択性を決める新たな仕組みを発見 ――葉化病の治療薬開発に期待――

    • URL

      https://www.a.u-tokyo.ac.jp/topics/topics_20231218-1.html

    • Related Report
      2023 Research-status Report

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Published: 2023-04-13   Modified: 2024-12-25  

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