Polycomb group protein-mediated control for immune activation and priming in plants

• Project Area: Integrative system of autonomous environmental signal recognition and memorization for plant plasticity
• Project/Area Number: 16H01469
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research on Innovative Areas (Research in a proposed research area)
• Allocation Type: Single-year Grants
• Review Section: Biological Sciences
• Research Institution: Nara Institute of Science and Technology
• Principal Investigator: 西條 雄介 奈良先端科学技術大学院大学, バイオサイエンス研究科, 准教授 (50587764)
• Project Period (FY): 2016-04-01 – 2018-03-31
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2017)
• Budget Amount: ¥10,660,000 (Direct Cost: ¥8,200,000、Indirect Cost: ¥2,460,000); Fiscal Year 2017: ¥5,330,000 (Direct Cost: ¥4,100,000、Indirect Cost: ¥1,230,000); Fiscal Year 2016: ¥5,330,000 (Direct Cost: ¥4,100,000、Indirect Cost: ¥1,230,000)
• Keywords: 植物免疫 / ヒストン修飾 / プライミング / 植物 / 遺伝子 / 発現制御 / 微生物 / 環境 / 遺伝子発現制御 / エピジェネティクス / 植物微生物相互作用 / 転写 / ポリコーム群タンパク質 / 免疫記憶

Outline of Annual Research Achievements

植物は、病原体の感染部位において局所的に免疫応答を誘導するとともに、長距離シグナルによって全身で免疫を活性化させるとともに、その収束後に次の免疫応答をスムーズに誘導できる状態を生み出す（プライミング）。転写促進型のヒストン修飾（ヒストンH3の第4リジンのトリメチル化：H3K4me3）仲介因子ATX1に加えて転写抑制型のヒストン修飾（H3K27me3）仲介因子（CLFを含むポリコーム転写抑制複合体PRC2）が、全身性の免疫機能強化並びにその記憶化に必要であることを突き止めた。野生型植物とclf欠損変異体植物を用いて、免疫プライミングに伴うH3K4me3・H3K27me3標的遺伝子に関するChIP-seq解析並びにRNA-seq解析を行い、標的遺伝子（ゲノム領域）をリスト化した。現在、両データの照合を進めている。プライミング標的遺伝子の多くにおいて、H3K27me3レベルを低下させることなく、CLF-PRC2依存的にH3K4me3レベルが増加していたことから、H3K4me3がプライミングの一基盤であると考えられた。また、全身性プライミングの成立に先立ち、システミック（非感染）葉でCLF-PRC2依存的に一過的にプライミング標的遺伝子の誘導が起こっていた。よって、H3K4me3は標的遺伝子の一過的な初期転写誘導に追従していること、すなわち、プライミング成立に向けてPRC2が鍵を握るステップは最初の転写誘導に至るまでにあることが推察された。加えて、人為的にCLFの核移行を誘導する実験を行うことで、システミック葉においてCLFが機能することがプライミングの成立に重要であることを示唆する証拠も得た。したがって、システミック葉において、標的である防御関連遺伝子の初期転写誘導に至る過程でのPRC2の動態・作用機序に着目することの重要性が窺われた。

Research Progress Status

29年度が最終年度であるため、記入しない。

Strategy for Future Research Activity

29年度が最終年度であるため、記入しない。

Research Products

• [Int'l Joint Research] Max Planck Institute(ドイツ)
• [Int'l Joint Research] Max Planck Institute(ドイツ)
• [Journal Article] Pattern recognition receptors and signaling in plant-microbe interactions. (2018)
  • Author(s): Saijo Y, Loo EP, and Yasuda S.
  • Journal Title: Plant J Volume: 93 Issue: 4 Pages: 592-613
  • DOI: 10.1111/tpj.13808
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Integration of danger peptide signals with HAMP signaling amplifies the anti-herbivore defense responses in rice (2018)
  • Author(s): Shinya Tomonori、Yasuda Shigetaka、Hyodo Kiwamu、Tani Rena、Hojo Yuko、Fujiwara Yuka、Hiruma Kei、Ishizaki Takuma、Fujita Yasunari、Saijo Yusuke、Galis Ivan
  • Journal Title: Plant Journal Volume: 印刷中 Issue: 4 Pages: 626-637
  • DOI: 10.1111/tpj.13883
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] NLR locus-mediated trade-off between abiotic and biotic stress adaptation in Arabidopsis (2017)
  • Author(s): Ariga Hirotaka、Katori Taku、Tsuchimatsu Takashi、Hirase Taishi et al.
  • Journal Title: Nature Plants Volume: 3 Issue: 6 Pages: 17072-17072
  • DOI: 10.1038/nplants.2017.72
  • NAID: 120006309713
  • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
• [Journal Article] A look at plant immunity through the window of the multitasking coreceptor BAK1. (2017)
  • Author(s): Yasuda S, Okada K, Saijo Y
  • Journal Title: Current Opinion in Plant Biology Volume: 38 Pages: 10-18
  • DOI: 10.1016/j.pbi.2017.04.007
  • Peer Reviewed / Acknowledgement Compliant
• [Journal Article] NLR locus-mediated trade-off between abiotic and biotic stress adaptation in Arabidopsis (2017)
  • Author(s): Ariga H, Katori T, Tsuchimatsu T, Hirase T, Tajima Y, Parker JE, Alcazar R, Koornneef M, Hoekenga O, Lipka AE , Gore MA, Sakakibara H, Kojima M, Kobayashi Y, Iuchi S, Kobayashi M, Shinozaki K, Sakata Y, Hayashi T, Saijo Y, Taji T
  • Journal Title: Nature Plants Volume: 3
  • Peer Reviewed / Int'l Joint Research / Acknowledgement Compliant
• [Journal Article] Epigenetic Control of Defense Signaling and Priming in Plants (2016)
  • Author(s): Espinas NA, Saze H, Saijo Y
  • Journal Title: Frontiers in Plant Science Volume: 7 Pages: 1201-1201
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Presentation] PRC2-mediated epigenetic control of systemic immunity and defense priming in Arabidopsis thaliana (2018)
  • Author(s): Yuri Tajima, Eva-Maria Reimer-Michalski, Eliza Po-Iian Loo, Barbara Kracher, Franciska Turck, Yusuke Saijo
  • Organizer: 第59回日本植物生理学会年会
• [Presentation] ポリコーム抑制複合体を介した植物免疫プライミングの分子制御機構の解明 (2018)
  • Author(s): 田島由理、Eva-Maria Reimer-Michalski、Eliza Loo Po-iian、白石菜月、Barbara Kracher、Franziska Turck、佐藤昌直、西條雄介
  • Organizer: 平成30年度日本植物病理学会大会
• [Presentation] 植物免疫におけるヒストン修飾を介したエピジェネティックな遺伝子発現制御機構 (2017)
  • Author(s): Tajima Y, Loo EP, Reimer-Michalski EM, Kracher B, Turck F, Saijo Y
  • Organizer: 第58回日本植物生理学会年会
  • Place of Presentation: 鹿児島大学（鹿児島県鹿児島市）
  • Year and Date: 2017-03-16
• [Presentation] Polycomb Repressive Complex 2 positively regulates systemic defense priming in Arabidopsis thaliana (2016)
  • Author(s): Loo EP, Tajima Y, Saijo Y
  • Organizer: Cold Spring Harbor Asia
  • Place of Presentation: 淡路夢舞台国際会議場（兵庫県淡路市）
  • Year and Date: 2016-11-29
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Histone H3 lysine-4 and -27 methyl transferases influence systemic immunity and priming in Arabidopsis thaliana (2016)
  • Author(s): Tajima Y, Loo EP, Reimer-Michalski EM, Kracher B, Turck F, Saijo Y
  • Organizer: Cold Spring Harbor Asia
  • Place of Presentation: 淡路夢舞台国際会議場（兵庫県淡路市）
  • Year and Date: 2016-11-29
  • Int'l Joint Research
• [Book] Analysis for protein glycosylation of pattern recognition receptors in plants (Plant Pattern Recognition Recceptors: Methods and Protocols. Libo Shan Ed.) (2017)
  • Author(s): Inokuchi, T. and Saijo, Y
  • Total Pages: 8
  • Publisher: Springer
• [Book] Plant Inoculation with the Fungal Leaf Pathogen Colletotrichum higginsianum (Environmental Responses in Plants) (2016)
  • Author(s): Hiruma, K. and Saijo, Y
  • Total Pages: 6
  • Publisher: Springer
• [Book] Tracing Plant Defense Responses in Roots upon MAMP/DAMP Treatment (Environmental Responses in Plants) (2016)
  • Author(s): Hiruma, K. and Saijo, Y
  • Total Pages: 4
  • Publisher: Springer
• [Book] Methods for Long-Term Stable Storage of Colletotrichum Species (Environmental Responses in Plants) (2016)
  • Author(s): Hiruma, K. and Saijo, Y
  • Total Pages: 4
  • Publisher: Springer