寄生植物による維管束情報ハイジャック機構の解明

2019 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

寄生植物は穀物を含むさまざまな作物に寄生し、収穫量を大幅に減らす。特にアフリカや地中海沿岸での農業への被害は深刻であるが、寄生植物がどのように寄生するのかを理解することは、こうした被害への対策を講じるうえで重要なステップと考えられる。これまでに寄生植物ストライガのゲノムを世界に先駆けて解読し、寄生の進化に関する情報を得た。特にストライガの発芽に必要なストリゴラクトン受容体をコードする遺伝子の数が大幅に増えていることから、ストライガが宿主の多様なストリゴラクトンを認識できるように進化していることが明らかになった。また、ストライガのゲノム上に宿主からの伝播した遺伝子が含まれており、中には30kbを超える複数の遺伝子を含む領域が伝播していることから、かなり大きなゲノムDNAの移動があることが明らかになった。また、寄生植物は吸器と呼ばれる侵入器官を形成し、この器官を介して宿主組織に侵入、道管を連結することで宿主との連絡を確立し、この連絡を介して水や栄養を宿主から奪うが、ストライガのトランスクリプトーム解析から、吸器の発生が側根の発生と共通性があることも明らかになった。寄生植物コシオガマのゲノム・トランスクリプトーム解析により、吸器の宿主陥入細胞(Intrusive Cell)特異的に発現する遺伝子群を同定した。その中でもSBT遺伝子群に関しては、そのプロモーターにSBT阻害タンパク質をコードする遺伝子を発現させると、道管細胞の発生に異常が見られることから、SBTが吸器発生に重要な因子であることが明らかになった。オーキシン移動の極性に関しては、吸器での発現を確認したオーキシントランスポーターであるPINとLAXタンパク質の細胞内局在を可視化することによって、吸器発生においてオーキシンの局所的蓄積が重要な役割をすることを明らかにした。

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] ペンシルベニア大学/バージニア大学(米国)
  • Country Name: U.S.A.
  • Counterpart Institution: ペンシルベニア大学/バージニア大学
• [Int'l Joint Research] トロント大学(カナダ)
  • Country Name: CANADA
  • Counterpart Institution: トロント大学
• [Journal Article] Exogenous treatment with glutamate induces immune responses in Arabidopsis (2020)
  • Author(s): Goto, Y., Maki, N., Ichihashi, Y., Kitazawa, D., Igarashi, D., Kadota, Y., Shirasu, K.
  • Journal Title: MPMI Volume: 33 Pages: 474-487
  • DOI: https://doi.org/10.1094/MPMI-09-19-0262-R
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Subtilase activity in the intrusive cells mediates haustorium maturation in parasitic plants (2020)
  • Author(s): Ogawa, S., Wakatake, T., Spallek, T., Ishida, J, K., Sano, R., Kurata, T., Demura, T., Yoshida, S., Ichihashi, Y., Schaller, A., Shirasu, K.
  • Journal Title: bioRxiv. Volume: ー Pages: ー
  • DOI: https://doi.org/10.1101/2020.03.30.015149
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Host-parasite tissue adhesion by a secreted type of β-1,4-glucanase in the parasitic plant Phtheirospermum japonicum (2020)
  • Author(s): Kurotani, K.-I., Wakatake, T., Ichihashi, Y., Okayasu, K., Sawai, Y., Ogawa, S., Suzuki, T., Shirasu, K., Notaguch, M
  • Journal Title: bioRxiv. Volume: ー Pages: ー
  • DOI: https://doi.org/10.1101/2020.03.29.014886
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Genome sequence of Striga asiatica provides insight into the evolution of plant parasitism. (2019)
  • Author(s): Yoshida, S. et al.
  • Journal Title: Curr. Biol. Volume: 29 Pages: 3041-3052.E4.
  • DOI: https://doi.org/10.1016/j.cub.2019.07.086
  • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Striga (2019)
  • Author(s): Mutuku, J.M. and Shirasu, K.
  • Journal Title: Curr. Biol. Volume: 20 Pages: R1064-R1065
  • DOI: https://doi.org/10.1016/j.cub.2019.06.075
  • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Auxin transport network underlies xylem bridge formation between the hemi-parasitic plant Phtheirospermum japonicum and host Arabidopsis (2019)
  • Author(s): Wakatake, T., Yoshida, S. and Shirasu, K.
  • Journal Title: bioRxiv. Volume: ー Pages: ー
  • DOI: https://doi.org/10.1101/2019.12.26.889097
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Disruption of the MAMP-induced MEKK1-MKK1/MKK2-MPK4 pathway activates the TNL immune receptor SMN1/RPS6 (2019)
  • Author(s): Takagi, M., Hamano, K., Takagi, H., Morimoto, T., Akimitsu, K., Terauchi, R., Shirasu, K., Ichimura, K.
  • Journal Title: Plant Cell Physiol. Volume: 60 Pages: 778-787
  • DOI: https://doi.org/10.1093/pcp/pcy243
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Colletotrichum shisoi sp. nov., an anthracnose pathogen of Perilla frutescens in Japan: molecular phylogenetic, morphological and genomic evidence (2019)
  • Author(s): Gan P., Tsushima A., Hiroyama R., Narusaka M., Takano, Y., Narusaka Y., Kawaradani M., Damm U. and Shirasu K.
  • Journal Title: Sci. Rep. Volume: 9 Pages: 13349
  • DOI: https://doi.org/10.1038/s41598-019-50076-5
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] An artificial metalloenzyme biosensor can detect ethylene gas in fruits and Arabidopsis leaves. (2019)
  • Author(s): Vong, K., Eda, S., Kadota, Y., Nasibullin, I., Wakatake, T., Ykoshima, S., Shirasu, K., Tanaka, K.
  • Journal Title: Nature Comm. Volume: 10 Pages: 5746
  • DOI: https://doi.org/10.1038/s41467-019-1375
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Abscisic acid‐dependent histone demethylation during postgermination growth arrest in Arabidopsis (2019)
  • Author(s): Wu, J., Ichihashi, Y., Suzuki, T., Shibata, A., Shirasu, K., Yamaguchi, N., Ito, T.
  • Journal Title: Plant Cell Environ Volume: 42 Pages: 2198-2214
  • DOI: https://doi.org/10.1111/pce.13547
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] CRABS CLAW and SUPERMAN coordinate hormone-, stress- and metabolic-related gene expression during Arabidopsis stamen development (2019)
  • Author(s): Lee, H. Z., Tatsumi, Y. Ichihashi, Y., Suzuki, T., Shibata, A., Shirasu, K., Yamaguchi, N., Ito, T.
  • Journal Title: Front Plant Sci. Volume: 7 Pages: 437
  • DOI: https://doi.org/10.3389/fevo.2019.00437
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Plant immune responses to plant parasitic nematodes (2019)
  • Author(s): Sato, K., *Kadota, Y., Shirasu, K.
  • Journal Title: Front Plant Sci. Volume: 10 Pages: 1165
  • DOI: https://doi.org/10.3389/fpls.2019.01165
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Haustorium inducing factors for parasitic Orobanchaceae (2019)
  • Author(s): Goyet, V., Wada, S., Wakatake, T., Cui, S., Shirasu, K., Montiel, G., Simier, P., Yoshida, S.
  • Journal Title: Front Plant Sci. Volume: 10 Pages: 1056
  • DOI: https://doi.org/10.3389/fpls.2019.01056
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] AtNOT1 is a novel regulator of gene expression during pollen development (2019)
  • Author(s): Motomura, K., Arae, T., Araki-Uramoto, H., Suzuki, Y., Takeuchi, H., Suzuki, T., Ichihashi, I., Shibata, A., Shirasu, K., Takeda1, A., Higashiyama, T., Chiba, Y
  • Journal Title: Plant Cell Physiol. Volume: ー Pages: pcz235
  • DOI: https://doi.org/10.1093/pcp/pcz235
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Quantitative phosphoproteomic analysis reveals common regulatory mechanisms between effector‐ and PAMP‐triggered immunity in plants (2019)
  • Author(s): Kadota, Y., Liebrand, T. W. H., Goto, Y., Sklenar, J., Derbyshire, P., Menke, F. L. H., Torres, M. A., Molina, A., Zipfel, C., *Coaker, G., and Shirasu, K.
  • Journal Title: New Phytol. Volume: 221 Pages: 2160-2175
  • DOI: https://doi.org/10.1111/nph.15523
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] The structural integrity of lignin is crucial for resistance against Striga hermonthica parasitism in rice (2019)
  • Author(s): Mutuku, J. M., Cui, S., Hori, C., Takeda, Y., Tobimatsu, Y., Nakabayashi, R., Mori, T., Saito, K., Demura, T., Umezawa, T., Yoshida, S., and Shirasu, K.
  • Journal Title: Plant Physiol. Volume: 179 Pages: 1796-1809
  • DOI: https://doi.org/10.1104/pp.18.01133
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Presentation] How do parasitic plants perceive host plants? (2019)
  • Author(s): Ken Shirasu
  • Organizer: IS-MPMI XVⅢ Congress
  • Int'l Joint Research / Invited
• [Presentation] Parasitism-inducible proteases and their putative peptide hormone in the haustorium of the parasitic plant Phtheirospermum japonicum (2019)
  • Author(s): Satoshi Ogawa, Takanori Wakatake, Juliane K. Ishida, Satoko Yoshida, Thomas Spallek, Yasunori Ichihashi, Ken Shirasu
  • Organizer: 2019 IPGSA Meeting
  • Int'l Joint Research
• [Remarks] 研究室運営Website
  • URL: http://plantimmunity.riken.jp/index.html