MAPK-mediated regulation of plant immunological memory

• Project Area: Integrative system of autonomous environmental signal recognition and memorization for plant plasticity
• Project/Area Number: 16H01474
• 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: Kindai University
• Principal Investigator: 川崎 努 近畿大学, 農学部, 教授 (90283936)
• 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 / MAPK / エピジェネティック制御 / エピジェネティク / エピジェネティク制御

Outline of Annual Research Achievements

植物は、病原菌感染を繰り返し受けると、その情報を記憶し、病原菌の二次感染に対して、より迅速にかつ、より強く防御反応を誘導することができる（プライミング効果）。プライミングによる迅速な免疫遺伝子の活性化は、遺伝子領域のDNAの脱メチル化制御と関連していることが示唆されているが、その詳細は不明である。本研究課題では、病原菌認識に伴って活性化されるMAPキナーゼが、プライミングを誘導する分子機構に関して研究を行った。前年度のMAPKKの活性型遺伝子MKK4DDとMKK5DDの誘導系を用いた解析により、MAPKの活性化に伴い、AGO4などDNAメチル化に関連する遺伝子の発現が減少することが明らかになった。、AGO4のプロモーター領域には、WRKY型転写因子により制御されるW-boxが存在するため、AGO4の発現抑制は、MAPK-WRKYの制御系で調節されている可能性が示唆された。そこで、ネガティブに働く５個のWRKY遺伝子について、CRES-T法により、それぞれのWRKYの機能を抑制した植物体(WRKY-SRDX植物)を作出した。それぞれの植物体をMKK4DDあるいはMKK5DDの植物と交配し、両導入遺伝子をホモに持つ系統を作出し、MAPKの活性化に伴うAGO4の発現を解析したが、WRKY-SRDXによってAGO4の発現抑制が阻害される結果が得られなかった。そこで、AGO4遺伝子領域にクロマチン修飾の変化が生じている可能性を考え、AGO4の遺伝子領域のH3K27のアセチル化を解析した。その結果、MAPKの活性化に伴い、H3K27acのレベルが減少していることが明らかになった。このことから、AGO4の発現抑制が、MAPKの活性化によるH3K27acの減少によって生じていることが示唆された。

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

• [Journal Article] Arabidopsis ubiquitin ligase PUB12 interacts with and negatively regulates Chitin Elicitor Receptor Kinase 1 (CERK1) (2017)
  • Author(s): Yamaguchi Koji、Mezaki Hirohisa、Fujiwara Masayuki、Hara Yuki、Kawasaki Tsutomu
  • Journal Title: PLoS One Volume: 12 Issue: 11 Pages: e0188886-e0188886
  • DOI: 10.1371/journal.pone.0188886
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Chitin receptor-mediated activation of MAP kinases and ROS production in rice and Arabidopsis (2017)
  • Author(s): Kawasaki Tsutomu、Yamada Kenta、Yoshimura Satomi、Yamaguchi Koji
  • Journal Title: Plant Signal Behav Volume: 12 Issue: 9 Pages: e1361076-e1361076
  • DOI: 10.1080/15592324.2017.1361076
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Conservation of chitin-induced MAPK signaling pathways in rice and Arabidopsis (2017)
  • Author(s): Yamada K, Yamaguchi K, Yoshimura S, Terauchi A, Kawasaki T
  • Journal Title: Plant Cell Physiol Volume: 印刷中 Issue: 6 Pages: 993-1002
  • DOI: 10.1093/pcp/pcx042
  • Peer Reviewed / Acknowledgement Compliant
• [Journal Article] Chitin-triggered MAPK activation and ROS generation in rice suspension-cultured cells (2017)
  • Author(s): Yamaguchi K, and Kawasaki T
  • Journal Title: Method Mol. Biol. Volume: 1578 Pages: 309-316
  • DOI: 10.1007/978-1-4939-6859-6_26
  • ISBN: 9781493968589, 9781493968596
  • Peer Reviewed / Acknowledgement Compliant
• [Journal Article] The Arabidopsis CERK1-associated kinase PBL27 connects chitin perception to MAPK activation (2016)
  • Author(s): Yamada K, Yamaguchi K, Shirakawa T, Nakagami H, Mine A, Ishikawa K, Fujiwara M, Narusaka M, Narusaka Y, Ichimura K, Kobayashi Y, Matsui H, Nomura Y, Nomoto M, Tada Y, Fukao Y, Fukamizo T, Tsuda K, Shirasu K, Shibuya N, Kawasaki T
  • Journal Title: The EMBO Journal Volume: 35(22) Issue: 22 Pages: 2468-2483
  • DOI: 10.15252/embj.201694248
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research / Acknowledgement Compliant
• [Journal Article] Expression, purification, and crystallization of a plant-specific DUF1110 protein from Oryza sativa (2016)
  • Author(s): Harada K, Yamashita E, Inoue K, Yamaguchi K, Fujiwara T, Nakagawa A, Kawasaki T, and Kojima C.
  • Journal Title: Acta Cryst. Volume: 72 Issue: 6 Pages: 480-484
  • DOI: 10.1107/s2053230x16007573
  • Peer Reviewed / Acknowledgement Compliant
• [Presentation] イネのキチン応答におけるOsPBI1-OsWRKY45を介した転写制御機構 (2018)
  • Author(s): 繁田 修佑、安藤駿丞、井上健人、原田健一、一丸航太、吉村智美、山口公志、児嶋長次郎、川崎努
  • Organizer: 日本植物生理学会年会
• [Presentation] Battle between rice immune system and Xanthomonas oryzae effectors (2017)
  • Author(s): Koji Yamaguchi, Tsutomu Kawasaki
  • Organizer: 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] Conservation of chitin-induced MAPK activation mechanisms between rice and Arabidopsis (2017)
  • Author(s): Kenta Yamada, Koji Yamaguchi, Akira Terauchi, Satomi Yoshimura, Tsutomu Kawasaki
  • Organizer: 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] Antagonistic regulation of pattern-recognition receptor-mediated signaling in plant immunity (2017)
  • Author(s): Yuka Kobayashi, Tomomi Shirakawa, Kenta Yamada, Saori Suizu, Hitomi Tagawa, Koji Yamaguchi, Tsutomu Kawasaki
  • Organizer: 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] flg22に応答したMAPキナーゼの活性化を制御するMAPKKKの同定 (2017)
  • Author(s): 山口公志 小林友華、深溝慶 川崎努
  • Organizer: 日本植物病理学会大会
• [Presentation] 植物免疫プライミング機構におけるMAPKの役割の解析 (2017)
  • Author(s): 中川真哉、山本剛太、津田賢一、山口公志、川崎努
  • Organizer: 日本植物病理学会関西部会
• [Presentation] イネのキチン応答におけるOsPBI1-OsWRKY45を介した転写制御機構 (2017)
  • Author(s): 繁田 修佑、安藤駿丞、井上健人、原田健一、一丸航太、吉村智美、山口公志、児嶋長次郎、川崎努
  • Organizer: 日本植物病理学会関西部会
• [Presentation] Molecular mechanism of OsMAPKKK18 activation in rice immunity (2017)
  • Author(s): Akira Terauchi, Kenta Yamada, Koji Yamaguchi, Satomi Yoshimura and Tsutomu Kawasaki.
  • Organizer: 日本分子生物学会年会
• [Presentation] The CERK1-associated kinase PBL27 regulates chitin-triggered MAPK activation through phosphorylation of MAPKKK5 in Arabidopsis (2016)
  • Author(s): Koji Yamaguchi, Kenta Yamada, Tomomi Shirakawa, Akira Mine,Yuka Kobayashi, Masayuki Fujiwara, Kazuya Ichimura, Mari Narusaka, Yoshihiro Narusaka, Kenichi Tsuda, and Tsutomu Kawasaki
  • Organizer: Cold Spring Harbor Asia Conference, Latest advances in plant development & environmental response
  • 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
• [Presentation] 植物免疫研究で残された謎に迫る (2016)
  • Author(s): 川崎 努
  • Organizer: 2016年遺伝学研究所研究会 「イネ分子遺伝学の彷徨 」
  • Place of Presentation: 国立遺伝学研究所（静岡県三島市）
  • Year and Date: 2016-10-14
• [Presentation] Biological functions of rice immune factors targeted by Xanthomonas oryzae effectors (2016)
  • Author(s): Tsutomu Kawasaki
  • Organizer: 2016 IS-MPMI XVII Congress
  • Place of Presentation: Oregon Convention Center （米国)
  • Year and Date: 2016-07-16
  • Int'l Joint Research / Invited
• [Presentation] PBL27 directly connects between the chitin receptor, CERK1 and MAPK cascade in chitin-triggered immunity (2016)
  • Author(s): Koji Yamaguchi, Kenta Yamada, Tomomi Shirakawa, Akira Mine, Mari Narusaka, Yoshihiro Narusaka, Kazuya Ichimura, Kenichi Tsuda, Fukamizo Tamo, Naoto Shibuya, Tsutomu Kawasaki
  • Organizer: 2016 IS-MPMI XVII Congress
  • Place of Presentation: Oregon Convention Center （米国)
  • Year and Date: 2016-07-16
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Conservation of chitin-induced MAPK activation mechanisms between rice and Arabidopsis (2016)
  • Author(s): Kenta Yamada, Koji Yamaguchi, Akira Terauchi, Kazuya Ishikawa, Tsutomu Kawasaki
  • Organizer: 2016 IS-MPMI XVII Congress
  • Place of Presentation: Oregon Convention Center （米国)
  • Year and Date: 2016-07-16
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Pathogen recognition and intracellular immune signaling in plants (2016)
  • Author(s): Tsutomu Kawasaki
  • Organizer: International symposium Current and Future Trends in Food and Agricultural Immunology
  • Place of Presentation: 東北大学（宮城県仙台市）
  • Int'l Joint Research / Invited
• [Book] Rice Genomics, Genetics and Breeding (2018)
  • Author(s): Tsutomu Kawaki
  • Total Pages: 558
  • Publisher: Springer Nature
• [Book] 植物学の百科事典 (2016)
  • Author(s): 川崎 努
  • Total Pages: 802
  • Publisher: 丸善
• [Remarks] 近畿大学農学部バイオサイエンス学科・植物分子遺伝学研究室
  • URL: http://pgmkawasaki.web.fc2.com/