Studies on chemical communication on host-selective toxins

2020 Fiscal Year Annual Research Report

• Project Area: Frontier research of chemical communications
• Project/Area Number: 17H06407
• Research Institution: Tohoku University
• Principal Investigator: 上田 実 東北大学, 理学研究科, 教授 (60265931)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 高岡 洋輔 東北大学, 理学研究科, 准教授 (80599762) ; 加治 拓哉 東北大学, 理学研究科, 助教 (80835520)
• Project Period (FY): 2017-06-30 – 2022-03-31
• Keywords: 宿主選択的毒素 / AK-トキシン / コロナチン

Outline of Annual Research Achievements

植物毒素を用いる植物ー微生物間相互作用の解明を目的とする研究を行った。本年は、植物毒素コロナチンを親分子とする構造展開によって、植物ホルモン受容体のうち、植物の微生物感染耐性惹起に関与する受容体サブタイプを選択的に活性化する分子の開発に成功した。この分子をモデル植物シロイヌナズナに投与して行った網羅的遺伝子発現解析によって、これまで困難であった病原菌感染応答の分子機構の一端を解明することができた。また、通常では、植物の病原菌感染耐性は、植物の生長阻害とトレードオフの関係にあるが、本手法ではこれらを切り離して活性化できることが明らかになり、既存の遺伝学的手法と比較して、ケミカルバイオロジー手法の優れた点を示すことができた。本分子はｍ植物ホルモンのシグナル伝達の内の一部のみを選択的に活性化する一方で、遺伝子発現の抑制は歩と度起こさないことが明らかになった。これによって、植物の生長防御には、細胞壁の生合成を抑制する遺伝子群の発現が関与することが明らかになった。これらの成果は、現在論文として投稿準備を進めている。
また、宿主特異的毒素をベースとしたプローブ分子に関しては論文投稿のために必要なデータがそろい次第投稿を検討する。

Current Status of Research Progress

1: Research has progressed more than it was originally planned.

Reason

植物ホルモン受容体を選択的に活性化することで、植物ー微生物間の相互作用に関与する遺伝子群を網羅的に解析できるようになったことは大きな成果である。これまでの遺伝学では達成できなかった成果を、ケミカルバイオロジーによって達成できた点は、今後の研究の方向性に大きな影響をもつと考えている。

Strategy for Future Research Activity

今後は、植物ー微生物間の相互作用に関与する植物特殊代謝物の生合成に関与する植物ホルモン受容体の解明とそのシグナル伝達解明を可能とする分子技術の開発に注力する。植物ー微生物間相互作用には、防御応答関連タンパク質以外にも、ファイトアレキシンやグルコシノレートなどの植物が生産する小分子群が大きな役割を果たしている。これらの生産は、今回開発した分子では活性化されないため、新たな分子の開発が必要である。既に候補分子を見出しており、その作用機構解明を予定している。

Research Products

• [Int'l Joint Research] CNB-CSIC(スペイン)
  • Country Name: SPAIN
  • Counterpart Institution: CNB-CSIC
• [Journal Article] Protein?protein interactions between jasmonate-related master regulator MYC and transcriptional mediator MED25 depend on a short binding domain (2022)
  • Author(s): Takaoka Yousuke、Suzuki Kaho、Nozawa Akira、Takahashi Hirotaka、Sawasaki Tatsuya、Ueda Minoru
  • Journal Title: Journal of Biological Chemistry Volume: 298 Pages: 101504～101504
  • DOI: 10.1016/j.jbc.2021.101504
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Extended JAZ degron sequence for plant hormone binding in jasmonate co-receptor of tomato SlCOI1-SlJAZ (2021)
  • Author(s): Saito Rina、Hayashi Kengo、Nomoto Haruna、Nakayama Misuzu、Takaoka Yousuke、Saito Hiroaki、Yamagami Souhei、Muto Toshiya、Ueda Minoru
  • Journal Title: Scientific Reports Volume: 11 Pages: 13612
  • DOI: 10.1038/s41598-021-93067-1
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Rational design of a stapled JAZ9 peptide inhibiting protein?protein interaction of a plant transcription factor (2021)
  • Author(s): Suzuki Kaho、Takaoka Yousuke、Ueda Minoru
  • Journal Title: RSC Chemical Biology Volume: 2 Pages: 499～502
  • DOI: 10.1039/D0CB00204F
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Deciphering of OPDA signaling components in the momilactone producing Moss Calohypnum plumiforme (2021)
  • Author(s): H. Inagaki, *K. Miyamoto, N. Ando, K. Murakami, K. Sugisawa, S. Morita, E. Yumoto, M. Teruya, K. Uchida, N. Kato, T. Kaji, Y. Takaoka, Y. Hojo, T. Shinya, I. Galis, A. Nozawa, T. Sawasaki, H.Nojiri, M. Ueda, K. Okada
  • Journal Title: Front. Plant Sci. Volume: 12 Pages: 987
  • DOI: 10.3389/fpls.2021.688565
  • Peer Reviewed