イネいもち病菌における擬似有性生殖機構の全貌解明

• Project/Area Number: 23K26909
• Project/Area Number (Other): 23H02216 (2023)
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
• Allocation Type: Multi-year Fund (2024); Single-year Grants (2023)
• Section: 一般
• Review Section: Basic Section 39040:Plant protection science-related
• Research Institution: Tokyo University of Science
• Principal Investigator: 荒添 貴之 東京理科大学, 創域理工学部生命生物科学科, 講師 (40749975)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 鎌倉 高志 東京理科大学, 創域理工学部生命生物科学科, 教授 (70177559)
• Project Period (FY): 2023-04-01 – 2028-03-31
• Project Status: Granted (Fiscal Year 2024)
• Budget Amount: ¥18,720,000 (Direct Cost: ¥14,400,000、Indirect Cost: ¥4,320,000); Fiscal Year 2027: ¥1,690,000 (Direct Cost: ¥1,300,000、Indirect Cost: ¥390,000); Fiscal Year 2026: ¥1,820,000 (Direct Cost: ¥1,400,000、Indirect Cost: ¥420,000); Fiscal Year 2025: ¥2,730,000 (Direct Cost: ¥2,100,000、Indirect Cost: ¥630,000); Fiscal Year 2024: ¥5,200,000 (Direct Cost: ¥4,000,000、Indirect Cost: ¥1,200,000); Fiscal Year 2023: ¥7,280,000 (Direct Cost: ¥5,600,000、Indirect Cost: ¥1,680,000)
• Keywords: いもち病菌 / 擬似有性生殖 / ゲノム進化 / ゲノム編集 / 不稔化 / ゲノム交雑 / 水平伝播 / 染色体移行 / イネいもち病菌

Outline of Research at the Start

多くの真核生物は有性生殖により子孫を残して多様性を維持している。一方，同じ真核生物である植物病原糸状菌の中には，交配能を失った不稔性株が多数存在する。本研究では，イネ科植物に感染するいもち病菌をモデルとして，有性生殖に依存しない無性的な遺伝的多様性が「いつ・どこで・どのようにして生み出されているのか」を理解し，「なぜ有性生殖能を失ったのか」という問いに迫る。

Outline of Annual Research Achievements

植物病原糸状菌には交配能を失った (雌性) 不稔性株が多数存在し，同一遺伝情報をクローンとして複製することが一般的な無性生殖の中で様々な多様性を獲得してきている。本研究では，有性器官を介さずに菌糸融合・核融合・染色体配列の交換 (移行) 反応が生じると考えられる擬似有性生殖に着目し，イネいもち病菌をモデルとして本機構の全体像を分子レベルで捉えることを目的とする。

本年度は擬似有性生殖を検出するためのマーカー遺伝子導入株の作出・選定を行い，様々な培地組成や菌株との組み合わせによって擬似有性生殖頻度に差異が生じることを明らかにした。さらに擬似有性生殖を高感度に検出可能な菌株ならびに培地組成を用い，菌糸融合・核融合・染色体配列の交換 (移行) 反応に関わることが推測された各遺伝子群の破壊株を網羅的に作出し，擬似有性生殖頻度の低下または上昇を指標として関連遺伝子のスクリーニングを試みた。その結果，擬似有性生殖頻度の低下がみられた膜タンパク質，シグナル伝達経路，転写因子等を抽出し，これらの遺伝子機能からこれまで未解明であった擬似有性生殖の基本骨格となるメカニズムの推定に成功した。また擬似有性生殖と有性生殖機構の比較解析を開始し，一部で結果が得られてきている。

Current Status of Research Progress

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

Reason

当初計画していた推定関連遺伝子について遺伝子破壊株を取得することができ，これらの破壊株の解析から擬似有性生殖に関わる主要遺伝子ならびに基本機構の抽出に成功した。一部では当初の予定よりも大幅に研究が進み，新規性のある知見を複数得ることができた。おおむね計画通りに研究を進められている。

Strategy for Future Research Activity

2023年度の解析において抽出された主要関連遺伝子情報をベースに擬似有性生殖機構を再考し，解析対象とする遺伝子および供試菌株を拡大することで，さらなる関連遺伝子や機構の抽出を進めていく。また擬似有性生殖後のゲノム解析を実施し，どのような多様性が生み出されるのかを明らかにすると共に，有性生殖との違いや不稔化との関連性についても追求していく。

Research Products

• [Journal Article] The <i>MAT1</i> locus is required for microconidia-mediated sexual fertility in the rice blast fungus (2024)
  • Author(s): Kita Kohtetsu、Uchida Momotaka、Arie Tsutomu、Teraoka Tohru、Kaku Hisatoshi、Kanda Yasukazu、Mori Masaki、Arazoe Takayuki、Kamakura Takashi
  • Journal Title: FEMS Microbiology Letters Volume: 371 Pages: 1-10
  • DOI: 10.1093/femsle/fnae004
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Presentation] Characterization of parasexual DNA exchange in blast fungi (2024)
  • Author(s): Chiba, R., Uchida, M., Kita, K., Arazoe, T., Kamakura, T.
  • Organizer: 32nd Fungal Genetics Conference
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] イネいもち病菌におけるCRISPR/ErCas12aを用いたゲノム編集手法の検討 (2024)
  • Author(s): 原田裕太，山崎真也，荒添貴之，鎌倉高志
  • Organizer: 日本農芸化学会 2024年度 東京大会
• [Presentation] 単核糸状菌イネいもち病菌における部分的な多核化 (2024)
  • Author(s): 北遥生，宮本雅史，荒添貴之，鎌倉高志
  • Organizer: 日本農芸化学会 2024年度 東京大会
• [Presentation] Genome editing using CRISPR/Cas12a in Pyricularia (Magnaporthe) oryzae and Fusarium oxysporum f. sp. lycopersici (2023)
  • Author(s): Yamazaki, M., Harada, Y., Arie, T., Arazoe, T., Kamakura, T.
  • Organizer: 2023 IS-MPMI Congress
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] 真菌におけるゲノム編集とその利用 (2023)
  • Author(s): 荒添貴之
  • Organizer: JMAC第160回定例会
  • Invited
• [Book] ゲノム編集の最新技術と医薬品・遺伝子治療・農業・水畜産物・有用物質生産への活用，第4章 第6節 植物病原糸状菌のゲノム編集 (2023)
  • Author(s): 荒添貴之
  • Total Pages: 605
  • Publisher: 技術情報協会
  • ISBN: 9784861049781
• [Patent(Industrial Property Rights)] 核酸切断酵素、核酸、ベクター、核酸改変用キット、及び核酸の改変方法 (2024)
  • Inventor(s): 原田裕太，荒添貴之，鎌倉高志
  • Industrial Property Rights Holder: 学校法人 東京理科大学
  • Industrial Property Rights Type: 特許
  • Industrial Property Number: 2024-057389
  • Filing Date: 2024