寄生植物による維管束情報ハイジャック機構の解明

2015 Fiscal Year Annual Research Report

• Project Area: Integrative system of autonomous environmental signal recognition and memorization for plant plasticity
• Project/Area Number: 15H05959
• Research Institution: Institute of Physical and Chemical Research
• Principal Investigator: 白須 賢 国立研究開発法人理化学研究所, 環境資源科学研究センター, グループディレクター (20425630)
• Project Period (FY): 2015-06-29 – 2020-03-31
• Keywords: 植物 / 病害抵抗性

Outline of Annual Research Achievements

アフリカで猛威をふるうストライガに代表されるハマウツボ科の寄生植物の根は、宿主となる植物の根を認識すると、吸器と呼ばれる感染に必要な組織を形成する。本研究では、ハマウツボ科の寄生植物であるコシオガマの遺伝学システムをたちあげ、変異体スクリーニングから吸器毛をはやすことの出来ない変異体を複数得た。これらの変異体は、根毛も失っていたことから、吸器毛の形成は根毛の形成に必要な因子が制御していると考えられた。また、吸器毛を失った変異体では、感染できた吸器の数が減少することから、吸器毛が感染に重要であることが明らかになった。また、寄生植物は、長期にわたって種の状態で休眠するが、宿主となる植物が現れるとその根から放出されるストリゴラクトンという化合物を感じて発芽し、宿主植物に寄生する。さらに、ストリゴラクトンを認識するKAI2タンパク質をコードする遺伝子の数が、寄生植物のゲノム中で増えていることを発見し。また寄生植物のKAI2タンパク質をシロイヌナズナのkai2変異体に導入すると、ストリゴラクトンに反応して発芽する植物を作ることができたことから、寄生植物のKAI2遺伝子はストリゴラクトン受容体の機能を獲得したと考えられた。ストライガに感染されたイネにおいてトランスクリプトーム解析をおこない、ジャスモン酸およびサリチル酸に制御される防御遺伝子群の発現が感染時に誘導されていることが明らかになった。ジャスモン酸を生合成できなくなったイネの変異体ではストライガの感染が甚大となることから、ジャスモン酸系の防御遺伝子がストライガ抵抗性に重要であることが明らかになった。またイネの病害抵抗性の発現に重要なWRKY転写因子をコードする遺伝子に変異が入るとストライガへの抵抗性が低くなることから、WRKYがストライガに対する防御を制御していることが明らかになった。

Current Status of Research Progress

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

Reason

ハマウツボ科の寄生植物であるコシオガマの遺伝学システムをたちあげ、変異体スクリーニングから変異体を複数得て、解析をすすめられたことは、これからの研究が大きな障害なく推進していけることを意味している。またストライガに関する研究では、発芽に重要なレセプターの単離、また宿主側の重要抵抗性因子を同定できたことで、研究は概ね順調に推移していると判断する。

Strategy for Future Research Activity

寄生植物のゲノムおよびトランスクリプトーム解析を推進し、寄生時に発現する遺伝子群を特定、寄生のダイアローグを詳細に解析する。さらに、RNAiやCRISPER等のコシオガマの逆遺伝学的解析システムを構築し、寄生時に発現する遺伝子群の中から、寄生に重要な遺伝子を同定する。さらに可能であれば、レーザーマイクロダイセクション等の技術を確立して細胞特異的な遺伝子発現パターンを明らかにする。他の寄生植物のトランスクリプトーム解析もおこない、比較解析により、共通の重要遺伝子をネットワーク解析によって明らかにしていく。

Research Products

• [Int'l Joint Research] The Sainsbury Laboratory/The University of Sheffield(英国)
  • Country Name: UNITED KINGDOM
  • Counterpart Institution: The Sainsbury Laboratory/The University of Sheffield
• [Int'l Joint Research] University of Virginia/Penn State University(米国)
  • Country Name: U.S.A.
  • Counterpart Institution: University of Virginia/Penn State University
• [Int'l Joint Research] University of Helsinki(Finland)
  • Country Name: Finland
  • Counterpart Institution: University of Helsinki
• [Int'l Joint Research] INRA(France)
  • Country Name: France
  • Counterpart Institution: INRA
• [Int'l Joint Research] Seoul National University(韓国)
  • Country Name: KOREA (REP. OF KOREA)
  • Counterpart Institution: Seoul National University
• [Journal Article] Plant cells under siege: plant immune system versus pathogen effectors (2015)
  • Author(s): Asai, S., and Shirasu, K.
  • Journal Title: Curr. Opin. Plant. Biol. Volume: 28 Pages: 1-8
  • DOI: 10.1016/j.pbi.2015.08.008
  • Peer Reviewed / Acknowledgement Compliant
• [Journal Article] The WRKY45-dependent signaling pathway is required for resistance against Striga parasitism (2015)
  • Author(s): Mutuku, J.M., Yoshida, S., Shimizu, T., Ichihashi, Y., Wakatake., T., Seo, M.
  • Journal Title: Plant Physiol. Volume: 168 Pages: 1152-1163
  • DOI: http://www.plantphysiol.org/content/168/3/1152
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research / Acknowledgement Compliant
• [Journal Article] WRKY Transcription Factors Phosphorylated by MAPK Regulate a Plant Immune NADPH Oxidase in Nicotiana benthamiana (2015)
  • Author(s): Adachi, H., Nakano, T., Miyagawa., N., Ishihama, N., Yoshioka, M., Katou, Y. and Yoshioka, H.
  • Journal Title: The Plant Cell Volume: 27 Pages: 2645-2663
  • DOI: http://dx.doi.org/10.1105/tpc.15.00213
  • Peer Reviewed / Open Access / Acknowledgement Compliant
• [Journal Article] Convergent evolution of strigolactone perception enabled host detection in parasitic plants (2015)
  • Author(s): Conn, C. E., Bythell-Douglas, R., Neumann, D., Yoshida, S., Whittington,J.H., Shirasu, K., Bond, C. S. Dyer, K. A., Nelson, D. C.
  • Journal Title: Science Volume: 349 Pages: 540-543
  • DOI: 10.1126/science.aab1140
  • Peer Reviewed / Int'l Joint Research / Acknowledgement Compliant
• [Journal Article] Hyaloperonospora arabidopsidis (Downy Mildew) infection Assay in Arabidopsis. (2015)
  • Author(s): Asai, S, Shirasu, K, Jones, J. D.G.
  • Journal Title: Bio-protocol Volume: 5 Pages: e1627
  • DOI: ww.bio-protocol.org/e1627
  • Peer Reviewed / Int'l Joint Research / Acknowledgement Compliant
• [Presentation] 寄生植物ストライガのゲノムにおける植物免疫関連遺伝子の解析 (2016)
  • Author(s): Yoshida, S., Spallek, T., Laohavisit, A., Ishida, J. K., Shirasu, K.
  • Organizer: 日本植物病理学会大会
  • Place of Presentation: 岡山大学、岡山県岡山市、日本
  • Year and Date: 2016-03-23
• [Presentation] Intimate plant-plant interaction between parasitic plants and their hosts (2016)
  • Author(s): Yoshida, S., Cui, S., Wakatake, T., Spallek, T., Ichihashi, Y., Saucet, S., Shirasu, K.
  • Organizer: 第57回 日本植物生理学会年会
  • Place of Presentation: 岩手大学、岩手県盛岡市、日本
  • Year and Date: 2016-03-19
• [Presentation] Tissue specific transcriptome analysis at the interface between a parasitic plant and the host plant (2016)
  • Author(s): Wakatake, T., Yoshida, S., Sano, R., Kurata, T., Demura, T., Shirasu, K.
  • Organizer: 第57回 日本植物生理学会年会
  • Place of Presentation: 若手大学、岩手県盛岡市、日本
  • Year and Date: 2016-03-19
• [Presentation] Dissecting an opportunistic relationship between parasitic plant and host (2016)
  • Author(s): Ichihashi, Y., Yasunori, I., Wakatake, T., Yoshida, A., Maki, N., Shibata, A., Kyozuka, J., Shirasu, K.
  • Organizer: 第57回 日本植物生理学会年会
  • Place of Presentation: 若手大学、岩手県盛岡市、日本
  • Year and Date: 2016-03-18
• [Presentation] Haustorial hairs are the specialized root hairs that support parasitism in the facultative root parasitic plant, Phtheirospermum japonicum (2016)
  • Author(s): Cui, S., Toyooka, K., Hashimoto, K., Wakatake, T., Saucet, S., Shirasu, K.
  • Organizer: 第57回 日本植物生理学会年会
  • Place of Presentation: 岩手大学、岩手県盛岡市、日本
  • Year and Date: 2016-03-18
• [Presentation] Genome analysis of parasitic plants: how do plants (2016)
  • Author(s): Shirasu, K.
  • Organizer: Lausanne Genomics Days 2016
  • Place of Presentation: Lausanne University, Lausanne, Switzerland
  • Year and Date: 2016-02-19
  • Invited
• [Presentation] Live imaging illuminates plant-plant interactions between parasitic plants and their hosts (2015)
  • Author(s): Wakatake, T., Spallek, T., Saucet, S., Yoshida, S., Shirasu, K.
  • Organizer: 第38回日本分子生物学会年会、第88回日本生化学会 合同大会
  • Place of Presentation: 神戸ポートアイランド、兵庫県神戸市、日本
  • Year and Date: 2015-12-02
• [Remarks] 研究室HP(日本語）
  • URL: http://plantimmunity.riken.jp/index.ja.html
• [Remarks] 研究室
  • URL: http://plantimmunity.riken.jp/index.html