ポリコーム複合体による全身性植物免疫記憶の制御機構の解明

• Project Area: Integrative system of autonomous environmental signal recognition and memorization for plant plasticity
• Project/Area Number: 18H04783
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research on Innovative Areas (Research in a proposed research area)
• Allocation Type: Single-year Grants
• 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, 先端科学技術研究科, 教授 (50587764)
• Project Period (FY): 2018-04-01 – 2020-03-31
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2019)
• Budget Amount: ¥10,270,000 (Direct Cost: ¥7,900,000、Indirect Cost: ¥2,370,000); Fiscal Year 2019: ¥5,200,000 (Direct Cost: ¥4,000,000、Indirect Cost: ¥1,200,000); Fiscal Year 2018: ¥5,070,000 (Direct Cost: ¥3,900,000、Indirect Cost: ¥1,170,000)
• Keywords: 植物免疫 / プライミング / ヒストン修飾 / エピジェネティック / SAR / システミック / 耐塩性 / 免疫受容体 / 遺伝子発現 / ヒストン / エピジェネティクス / ポリコーム

Outline of Annual Research Achievements

植物のシステミック免疫プライミング（病原菌侵入部位からの長距離シグナルによる全身獲得免疫SARとそれに続く免疫応答をスムーズに誘導できる状態）の成立には、防御応答関連遺伝子のプライミングが伴う。その過程には、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（ポリコーム転写抑制複合体PRC2）が必要であることを示した。次に、PRC2のヒストンメチル化酵素CLFがシステミック葉で機能する必要性があることを示した。そこで、RNA-seq解析及びクロマチン免疫沈降ChIP-seq解析をシステミック葉において行い、ゲノムワイドにPRC2依存的に一次誘導される遺伝子、プライミングされる遺伝子、並びにH3K4me3・H3K27me3の変動が見られる遺伝子をリスト化した。その結果、プライミング標的遺伝子ではH3K4me3の増加がエンリッチされていたものの、H3K27me3については大きな変動が見られず、PRC2が新規のメカニズムでプライミングに寄与している可能性が推察された。同時に、一次誘導・プライミング・H3K4me3の全てがPRC2依存的に正に制御されていた、わずか13遺伝子を見出した、その中でサリチル酸生合成にも必須なPBS3遺伝子がプライミングの標的であり、かつSARやプライミングに必要な因子であることが判明した。以上から植物の免疫プライミングの鍵標的遺伝子・鍵制御因子の同定に成功した。
平行して、微生物や植物自身の構成成分を認識するパターン認識受容体を活性化すると、塩ストレス条件では免疫の強い活性化を抑えて耐塩性を誘導する現象を発見した。続いてRNA-seq解析で標的遺伝子をリスト化し、その情報を元にWRKY18・WRKY40転写因子が重要な役割を担うことを突き止めた。

Research Progress Status

令和元年度が最終年度であるため、記入しない。

Strategy for Future Research Activity

令和元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] マックスプランク植物育種学研究所(ドイツ)
• [Journal Article] Plant immunity in signal integration between biotic and abiotic stress responses. (2020)
  • Author(s): Saijo Y, Loo EP.
  • Journal Title: New Phytologist Volume: 225 Issue: 1 Pages: 87-104
  • DOI: 10.1111/nph.15989
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Pattern recognition receptors confer plant salt tolerance via WRKY18/WRKY40 transcription factors (2020)
  • Author(s): Eliza P. Loo, Yuri Tajima, Kohji Yamada, Taishi Hirase, Hirotaka Ariga, Tadashi Fujiwara, Keisuke Tanaka, Teruaki Taji, Imre E. Somssich, Jane E. Parker, Yusuke Saijo
  • Journal Title: bioRxiv Volume: 2020
  • DOI: 10.1101/2020.05.07.082172
  • Open Access / Int'l Joint Research
• [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] Identifying the target genes of SUPPRESSOR OF GAMMA RESPONSE 1, a master transcription factor controlling DNA damage response in Arabidopsis. (2018)
  • Author(s): Ogita N, Okushima Y, Tokizawa M, Yamamoto YY, Tanaka M, Seki M, Makita Y, Matsui M, Okamoto-Yoshiyama K, Sakamoto T, Kurata T, Hiruma K, Saijo Y, Takahashi N, Umeda M.
  • Journal Title: The Plant Journal Volume: - Issue: 3 Pages: 439-453
  • DOI: 10.1111/tpj.13866
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Presentation] Histone modification-mediated control of systemic defense priming in Arabidopsis thaliana (2020)
  • Author(s): Yi-Ting Yeh, Yuri Tajima, Eliza Po-Iian Loo, Natsuki Shiraishi, Yusuke Saijo
  • Organizer: 第61回日本植物生理学会年会
• [Presentation] Identification of key targets and components of PRC2-mediated systemic defense priming in Arabidopsis thaliana (2020)
  • Author(s): 田島由理、Eva-Maria Reimer-Michalski、佐藤昌直、Eliza Loo Po-iian、Barbara Kracher、Franziska Turck、西條雄介
  • Organizer: 令和２年度日本植物病理学会大会
• [Presentation] Microbe- and host damage-associated molecular patterns trigger salt stress tolerance in Arabidopsis (2019)
  • Author(s): Eliza P. Loo, Yuri Tajima, Kohji Yamada, Taishi Hirase, Hirotaka Ariga, Tadashi Fujiwara, Keisuke Tanaka, Imre Somssich, Jane Parker, Teruaki Taji and Yusuke Saijo
  • Organizer: 30th International Conference on Arabidopsis Research
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Polycomb repressive complex 2 positively regulates systemic immunity and priming in Arabidopsis thaliana (2019)
  • Author(s): Yuri Tajima, Masanao Sato, Eva-Maria Reimer-Michalski, Eliza Po-Iian Loo, Barbara Kracher, Franziska Turck, Yusuke Saijo
  • Organizer: IS-MPMI 2019
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] ポリコーム複合体を介した植物免疫プライミングの分子制御機構 (2019)
  • Author(s): 田島由理、Eva-Maria Reimer-Michalski、Eliza Po-Iian Loo、Barbara Kracher、Franziska Turck、佐藤昌直、西條雄介
  • Organizer: 第60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機構 (2019)
  • Author(s): 田島由理、Eva-Maria Reimer-Michalski、Eliza Po-Iian Loo、Barbara Kracher、Franziska Turck、佐藤昌直、西條雄介
  • Organizer: 平成31年度日本植物病理学会大会
• [Presentation] Recognition of microbe- or host damage-associated pattern triggers salt stress tolerance in Arabidopsis thaliana (2018)
  • Author(s): Loo EP, Yamada K, Tajima Y, Hirase T, Ariga H, Fujiwara T, Taji T and Saijo Y.
  • Organizer: International Society of Root Research 2018
  • Int'l Joint Research / Invited
• [Presentation] Pattern recognition receptors in fluctuating environments (2018)
  • Author(s): Lee T, Loo EP, Tanaka M, Tajima Y, Hirase T, Yamada K, Yasuda S, Hiruma K and Saijo Y.
  • Organizer: International Plant Molecular Biology 2018
  • Int'l Joint Research / Invited
• [Book] Priming-mediated stress and cross-stress tolerance in crop plants. In Plant Physiological and molecular mechanisms in cross-regulation of biotic-abiotic stress responses. (2020)
  • Author(s): Yuri Tajima, Eliza P Loo, Yusuke Saijo
  • Publisher: Academic Press
• [Book] Plant physiology and molecular mechanisms in cross-regulation of biotic-abiotic stress responses. In “Priming-Mediated Stress and Cross-Stress Tolerance in Crop Plants” edited by Mohammad Anwar Hossain et al. (2019)
  • Author(s): Loo EP, Tajima Y and Saijo Y.
  • Total Pages: 12
  • Publisher: Elsevier