Memory and transition system for defense responses via plant-plant communications

• Project Area: Integrative system of autonomous environmental signal recognition and memorization for plant plasticity
• Project/Area Number: 18H04786
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research on Innovative Areas (Research in a proposed research area)
• Allocation Type: Single-year Grants
• Research Institution: Tokyo University of Science
• Principal Investigator: 有村 源一郎 東京理科大学, 基礎工学部生物工学科, 教授 (60505329)
• 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: 植物間コミュニケーション / 防御応答 / テルペン / ヒストンアセチル化 / プライミング / 害虫

Outline of Annual Research Achievements

害虫に食害された植物は他生物と相互作用するために大気中に香りを放出する。近くの健全な植物は、これらの匂いを「立ち聞き」することで防御応答を活性化することができる。本研究では、植物から放出される香り成分によって誘導・プライミングされる防御応答の制御メカニズムの解明を試みた。さらに、これらの香りの生産や防御応答の誘導に関わる害虫エリシターの同定および寄主植物のエリシター認識に関わるシグナル伝達機構の解明を試みた。

1）植物間コミュニケーションを介した植物防御応答におけるエピジェネティクス制御機構
揮発性モノテルペンであるβ-ocimeneに６日間曝されたシロイヌナズナはハスモンヨトウ幼虫食害に対する抵抗性が高まった。この抵抗性の獲得には、防御遺伝子（DEFL）および転写因子遺伝子（ERF）の発現誘導およびH4ヒストンアセチル化が関わる可能性が示唆された。さらに、シロイヌナズナヒストンアセチル化酵素（HAT）欠損株5系統を用いて、食害応答に関連するHATの同定を試み、hat1およびhaf2変異体におけるハスモンヨトウ幼虫の成長率が野生株における成長率と比較して高いことが見出された。
2）害虫由来エリシターを介した植物の防御応答メカニズムの解明
害虫のエリシターと植物のエリシター受容機構に関わるシグナル伝達因子の同定および機能解明を目的に、ハスモンヨトウ唾液内に含まれるオリゴ糖エリシターと寄主植物におけるシグナル伝達因子Herbivore danger signal-Associated receptor-like Kinases（HAK）の同定を試みた。さらに、HAKと相互作用するタンパク質PBL27および下流シグナル伝達系ネットワークについて明らかにした。

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] University of Turin(イタリア)
• [Int'l Joint Research] トリノ大学(イタリア)
• [Journal Article] Mint companion plants enhance the attraction of the generalist predator Nesidiocoris tenuis according to its experiences of conspecific mint volatiles (2020)
  • Author(s): Rim Hojun、Hattori Sayaka、Arimura Gen-ichiro
  • Journal Title: Scientific Reports Volume: 10 Issue: 1 Pages: 2078-2078
  • DOI: 10.1038/s41598-020-58907-6
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Evidence that ERF transcriptional regulators serve as possible key molecules for natural variation in defense against herbivores in tall goldenrod (2020)
  • Author(s): Takafuji Kento、Rim Hojun、Kawauchi Kentaro、Mujiono Kadis、Shimokawa Saki、Ando Yoshino、Shiojiri Kaori、Galis Ivan、Arimura Gen-ichiro
  • Journal Title: Scientific Reports Volume: 10 Issue: 1 Pages: 5352-5352
  • DOI: 10.1038/s41598-020-62142-4
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Soy and Arabidopsis receptor-like kinases respond to polysaccharide signals from Spodoptera species and mediate herbivore resistance (2020)
  • Author(s): Uemura Takuya、Hachisu Masakazu、Desaki Yoshitake、Ito Ayaka、Hoshino Ryosuke、Sano Yuka、Nozawa Akira、Kadis Mujiono、Ivan Galis、Yoshida Ayako、Nemoto Keiichirou、Miura Shigetoshi、Nishiyama Makoto、Nishiyama Chiharu、Horito Shigeomi、Sawasaki Tatsuya、Arimura Gen-ichiro
  • Journal Title: Communications Biology Volume: 3 Pages: 224-224
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] 植物香気成分とテルペン誘導体の免疫活性化機能 (2020)
  • Author(s): 有村源一郎, 宮永正斗, 八須匡和
  • Journal Title: Bio Industry Volume: 37 Pages: 10-16
• [Journal Article] Tetranins: new putative spider mite elicitors of host plant defense (2019)
  • Author(s): Iida Junya、Desaki Yoshitake、Hata Kumiko、Uemura Takuya、Yasuno Ayano、Islam Monirul、Maffei Massimo E.、Ozawa Rika、Nakajima Tadaaki、Galis Ivan、Arimura Gen‐ichiro
  • Journal Title: New Phytologist Volume: - Issue: 2 Pages: 875-885
  • DOI: 10.1111/nph.15813
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Tyrosine Kinase-Dependent Defense Responses Against Herbivory in Arabidopsis (2019)
  • Author(s): Miyamoto Takumi、Uemura Takuya、Nemoto Keiichirou、Daito Maho、Nozawa Akira、Sawasaki Tatsuya、Arimura Gen-ichiro
  • Journal Title: Frontiers in Plant Science Volume: 10 Pages: 776-776
  • DOI: 10.3389/fpls.2019.00776
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Current opinions about herbivore-associated molecular patterns and plant intracellular signaling (2019)
  • Author(s): Uemura Takuya、Arimura Gen-Ichiro
  • Journal Title: Plant Signaling & Behavior Volume: 14 Issue: 9 Pages: e1633887-e1633887
  • DOI: 10.1080/15592324.2019.1633887
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] 植物アロマ成分を用いた有機栽培システムの開発とヒト健康増進効果への応用 (2019)
  • Author(s): 有村源一郎, 上村卓矢, 八代拓也
  • Journal Title: 化学と生物 Volume: 57 Pages: 428-432
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Diurnal rhythm of volatile emissions from damaged Brachypodium distachyon affects the temporal preferences of tritrophic interactions (2019)
  • Author(s): Hojun Rim, Shinji Sekiguchi, Rika Ozawa, Yooichi Kainoh, Gen-ichiro Arimura
  • Journal Title: Journal of Plant Interactions Volume: 14 Issue: 1 Pages: 143-150
  • DOI: 10.1080/17429145.2019.1602888
  • NAID: 120007133612
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Two arrays of defense strategies of Brassicaceae plants that eavesdrop on mint volatiles (2019)
  • Author(s): Satoru Sukegawa, Gen-ichiro Arimura
  • Journal Title: Journal of Plant Interactions Volume: 14 Issue: 1 Pages: 164-166
  • DOI: 10.1080/17429145.2019.1605004
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] The ring-type E3 ubiquitin ligase JUL1 targets the VQ-motif protein JAV1 to coordinate jasmonate signaling (2019)
  • Author(s): Mohamed R. M. Ali, Takuya Uemura, Abdelaziz Ramadan, Kyoko Adachi, Keiichirou Nemoto, Akira Nozawa, Ryosuke Hoshino, Hiroshi Abe, Tatsuya Sawasaki, Gen-ichiro Arimura
  • Journal Title: Plant Physiology Volume: 179 Issue: 4 Pages: 1273-1284
  • DOI: 10.1104/pp.18.00715
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Mint companion plants attract the predatory mite Phytoseiulus persimilis (2019)
  • Author(s): Kazuki Togashi, Mifumi Goto, Hojun Rim, Sayaka Hattori, Rika Ozawa, Gen-ichiro Arimura 9
  • Journal Title: Scientific Reports Volume: 9 Issue: 1 Pages: 1704-1704
  • DOI: 10.1038/s41598-018-38098-x
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] ミントをコンパニオンプランツとして害虫防除に応用 (2019)
  • Author(s): 有村源一郎
  • Journal Title: Aroma Research Volume: -
• [Journal Article] 植物の匂いを介した生態系コミュニケーションを新しい栽培技術に (2019)
  • Author(s): 有村源一郎
  • Journal Title: バイオサイエンスとインダストリー Volume: -
• [Journal Article] 生態系コミュニケーションを介した植物の防御応答 (2019)
  • Author(s): 有村源一郎
  • Journal Title: アグリバイオ Volume: -
  • NAID: 40021921214
• [Journal Article] 植物から放出される香りの機能と害虫防除への活用 (2019)
  • Author(s): 有村源一郎
  • Journal Title: Green Age Volume: 2 Pages: 4-6
• [Journal Article] 植物の匂いが織りなす生き物の相互作用 (2019)
  • Author(s): 有村源一郎
  • Journal Title: 青淵 Volume: 4 Pages: 12-14
• [Journal Article] Overexpression of geraniol synthase induces heat stress susceptibility in Nicotiana tabacum (2018)
  • Author(s): Hamachi Ashita、Nisihara Masahiro、Saito Shiori、Rim Hojun、Takahashi Hideyuki、Islam Monirul、Uemura Takuya、Ohnishi Toshiyuki、Ozawa Rika、Maffei Massimo E.、Arimura Gen-ichiro
  • Journal Title: Planta Volume: 249 Issue: 1 Pages: 235-249
  • DOI: 10.1007/s00425-018-3054-z
  • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Pest management using mint volatiles to elicit resistance in soy: mechanism and application potential (2018)
  • Author(s): Satoru Sukegawa, Kaori Shiojiri, Tomota Higami, Syunpei Suzuki, Gen-ichiro Arimura
  • Journal Title: The Plant Journal Volume: 96 Issue: 5 Pages: 910-920
  • DOI: 10.1111/tpj.14077
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] JRE4 is a master transcriptional regulator of defense-related steroidal glycoalkaloids in tomato (2018)
  • Author(s): Masaru Nakayasu, Naoki Shioya, Masahito Shikata, Chonprakun Thagun, Ayman Abdelkareem, Yoshihiro Okabe , Tohru Ariizumi, Gen‐ichiro Arimura, Masaharu Mizutani, Hiroshi Ezura, Takashi Hashimoto, Tsubasa Shoji
  • Journal Title: The Plant Journal Volume: 94 Pages: 975-990
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Intestinal anti-inflammatory activity of perillaldehyde (2018)
  • Author(s): Uemura T., Yashiro T., Oda R., Shioya N., Nakajima T., Hachisu M., Kobayashi S., Nishiyama C. Arimura G.
  • Journal Title: Journal of Agricultural and Food Chemistry Volume: 66 Issue: 13 Pages: 3443-3448
  • DOI: 10.1021/acs.jafc.8b00353
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] シソの香り成分「ペリルアルデヒド」の腸炎緩和機能 (2018)
  • Author(s): 上村卓矢, 有村源一郎
  • Journal Title: Aroma Research Volume: 19 Pages: 221-222
• [Presentation] 食害応答における受容体型細胞内タンパク質キナーゼPBL27の機能解明 (2020)
  • Author(s): 伊藤綾華,上村卓矢,佐野友香,星野稜介,出崎能丈, Ivan Galis, Kadis Mujiono, 野澤彰, 澤崎達也, 有村源一郎
  • Organizer: 第61回日本植物生理学会年会
• [Presentation] シロイヌナズナの食害応答を制御する糖エリシターの受容機構の解明 (2020)
  • Author(s): 佐野友香, 上村卓矢, 伊藤綾華, 星野稜介, 出崎能丈, 野澤彰, 澤崎達也, 有村源一郎
  • Organizer: 第61回日本植物生理学会年会
• [Presentation] 植物におけるナミハダニ由来エリシターTetranin認識機構の解明 (2020)
  • Author(s): 谷村香織, 安野文乃, 高藤健人, 飯田隼也, 安倍洋, 出崎能丈, 有村源一郎
  • Organizer: 第61回日本植物生理学会年会
• [Presentation] メントール側鎖修飾化合物の合成と生理活性 (2020)
  • Author(s): 仲千沙都、八須匡和、中山優奈、野永葉子、助川聖、堀戸重臣、有村源一郎
  • Organizer: 第61回日本植物生理学会年会
• [Presentation] イネ科モデル植物ミナトカモジグサにおけるサリチル酸依存型制御因子BdNPRの機能解明 (2020)
  • Author(s): 清水弘平, 上村卓矢, 星野稜介, 鈴木ひとみ, 野澤彰,澤崎達也, 吉田彩子,西山真, 西山千春,有村源一郎
  • Organizer: 第61回日本植物生理学会年会
• [Presentation] 植物の香りの機能と応用 (2020)
  • Author(s): 有村源一郎
  • Organizer: センシング技術コンソーシアム 第30回講演会
  • Invited
• [Presentation] 植物と昆虫が織りなす化学コミュニケーション (2019)
  • Author(s): 有村源一郎
  • Organizer: 第87回白鷺セミナー
  • Invited
• [Presentation] 植物の害虫エリシター受容システムと防御応答誘導機構の解明 (2019)
  • Author(s): 有村源一郎
  • Organizer: 化学コミュニケーションのフロンティア 第6回公開シンポジウム
  • Invited
• [Presentation] 植物の害虫エリシター受容システムの解明 (2019)
  • Author(s): 上村卓矢, 伊藤綾華, 出崎能丈, 澤崎達也, 有村源一郎
  • Organizer: 化学コミュニケーションのフロンティア 第5回公開シンポジウム
• [Presentation] ミント・コンパニオン植物を活用した有用天敵カブリダニの誘引 (2019)
  • Author(s): 冨樫和樹, 後藤美詞, Hojun Rim, 服部紗也加, 小澤理香, 有村源一郎
  • Organizer: 第63回日本応用動物昆虫学会大会
• [Presentation] ダイズの食害応答を制御する糖エリシターの受容機構の解明 (2019)
  • Author(s): 上村卓矢, 八須匡和, 星野稜介, 根本圭一郎, 吉田彩子, 三浦成敏, 西山真, 西山千春, 堀戸重臣, 出崎能丈, 澤崎達也, 有村源一郎
  • Organizer: 第60回日本植物生理学会年会
• [Presentation] Herbivore elicitor receptors in plants (2019)
  • Author(s): Takuya Uemura, Masakazu Hachisu, Ryosuke Hoshino, Keiichirou Nemoto, Ayako Yoshida, Shigetoshi Miura, Makoto Nishiyama, Chiharu Nishiyama, Shigeomi Horito, Yoshitake Desaki, Tatsuya Sawasaki, Gen-ichiro Arimura
  • Organizer: The 1st International Symposium on the Chemical Communication (ISCC2019)
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] 植物の食害応答と揮発性化合物を介した生物間相互作用 (2018)
  • Author(s): 有村源一郎
  • Organizer: 理研シンポジウム「植物の代謝制御と化学生物学の新展開」
  • Invited
• [Presentation] イネ科モデル植物ミナトカモジグサにおけるサリチル酸依存型制御因子BdNPRの機能解明 (2018)
  • Author(s): 星野稜介, 上村卓矢, 福田達彦, 早瀬麟太郎, 清水弘平, 根本圭一郎, 野澤彰, 澤崎達也, 吉田彩子, 西山真, 西山千春, 安部洋, 有村源一郎
  • Organizer: 第41回日本分子生物学会年会
• [Presentation] セイタカアワダチソウの防御応答におけるエチレン応答因子ERFの機能解明 (2018)
  • Author(s): 高藤健人, 林鎬俊, 河内健太郎, 下川咲, 安東義乃, 塩尻かおり, 稲毛 直人, 小島秀一, Ivan Galis, 有村源一郎
  • Organizer: 第41回日本分子生物学会年会
• [Presentation] 香気成分を介した植物間コミュニケーション (2018)
  • Author(s): 有村源一郎
  • Organizer: 第36回日本植物細胞分子生物学会大会
  • Invited
• [Presentation] Oligosaccharide elicitor perception system for herbivory defense in plants (2018)
  • Author(s): Takuya Uemura, Keiichirou Nemoto, Abdelaziz Ramadan, Shigetoshi Miura, Masakazu Hachisu, Ryosuke Hoshino, Tatsuya Sawasaki, Gen-ichiro Arimura
  • Organizer: Plant Biology 2018
  • Int'l Joint Research
• [Book] 基礎から学ぶ植物代謝生化学 ― 15章 生物間相互作用 (2018)
  • Author(s): 有村源一郎, 杉山暁史
  • Publisher: 羊土社
  • ISBN: 9784758120906
• [Book] 植物のたくらみ ― 香りと色の植物学 (2018)
  • Author(s): 有村源一郎, 西原昌宏
  • Total Pages: 159
  • Publisher: ペレ出版
  • ISBN: 9784860645441
• [Remarks] 東京理科大学有村研究室
  • URL: http://www.rs.tus.ac.jp/garimura/
• [Remarks] 東京理科大学有村研究室
  • URL: https://www.rs.tus.ac.jp/garimura/
• [Patent(Industrial Property Rights)] 抗炎症剤 (2019)
  • Inventor(s): 有村源一郎, 他
  • Industrial Property Rights Holder: 東京理科大学
  • Industrial Property Rights Type: 特許
  • Filing Date: 2019
• [Patent(Industrial Property Rights)] 植物の免疫活性化剤 (2019)
  • Inventor(s): 有村源一郎, 他
  • Industrial Property Rights Holder: 東京理科大学
  • Industrial Property Rights Type: 特許
  • Filing Date: 2019