植物免疫におけるＭＡＰキナーゼカスケードの活性化機構の解明

2014 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 14J07373
• Research Institution: Kinki University
• Principal Investigator: 山田 健太 近畿大学, 農学研究科, 特別研究員(DC1)
• Project Period (FY): 2014-04-25 – 2017-03-31
• Keywords: MAPキナーゼカスケード / RLCK / リン酸化 / キチン

Outline of Annual Research Achievements

MAPKカスケードは、植物免疫において非常に重要な役割を果たしているが、受容体とMAPKカスケードを繋ぐ因子については全く明らかになっていない。申請者らはこれまでに、シロイヌナズナのキチン受容体であるCERK1とMAPKカスケードを繋ぐ因子として、Receptor-like Cytoplasmic Kinase (RLCK) であるPBL27を同定した。また、CERK1がキチン応答時にPBL27を直接リン酸化することでシグナル伝達を行っていることを明らかにした(Shinya et al. Plant J. 2014)。さらに、PBL27と直接相互作用するMAPKKKとしてMAPKKKaを同定することに成功しており、PBL27が受容体とMAPKカスケードをつなぐ重要な因子であることが示唆された。
本年度は、PBL27によるMAPKKKaへのシグナル伝達機構を明らかにすることを目的として解析を進めてきた。in vitroにおけるリン酸化解析の結果、PBL27がMAPKKKaのC末端領域を特異的にリン酸化することが明らかになった。さらに、質量分析により、PBL27がMAPKKKaのC末端領域に存在する6つのアミノ酸をリン酸化することが明らかになった。これらのアミノ酸をアラニンに置換した変異遺伝子を導入した植物体では、キチンに応答したMAPKの活性化が低下した。以上の結果から、PBL27によるMAPKKKaのリン酸化が下流へのシグナル伝達に重要であることが明らかになった。
また、これまでの知見から、MAPKKKaの下流にはMAPKKであるMKK4/5が存在していることが示唆された。そこで、MAPKKKaがMKK4/5をリン酸化するかどうかを明らかにするため、in vitroリン酸化解析を行った。その結果、MAPKKKaのキナーゼ領域がMKK4/5を直接リン酸化す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

PBL27がMAPKKKaのC末端領域をリン酸化することでシグナル伝達を行っていることを明らかにした。また、MAPKKKaがMAPKKであるMKK4/5を直接リン酸化することも明らかにし、キチン応答時における受容体からMAPKまでのリン酸化を介したシグナル伝達機構を明らかにすることができた。

Strategy for Future Research Activity

シロイヌナズナのプロトプラストおよびタバコを用いた一過的発現系により、in vivoにおけるPBL27とMAPKKKaの相互作用解析、キチン応答時におけるMAPKKKaのリン酸化解析を行う。
また、我々はPBL27のオルソログである、イネのOsRLCK185と直接相互作用するMAPKKKを同定することに成功している。そこで、OsRLCK185によるMAPKKKへのシグナル伝達機構についても解析を行う。

Research Products

• [Journal Article] Selective regulation of the chitin-induced defense response by the Arabidopsis receptor-like cytoplasmic kinase PBL27 (2014)
  • Author(s): Shinya, T., Yamaguchi, K., Desaki, Y., Yamada, K., Narisawa, T., Kobayashi,Y., Maeda, K., Suzuki, M., Tanimoto, T., Takeda, J., Nakashima, M., Funama, R., Narusaka, M., Narusaka, Y., Kaku, H., Kawasaki, T., and Shibuya, N.
  • Journal Title: The Plant Journal Volume: 79 Pages: 56-66
  • DOI: 10.1111/tpj.12535
  • Peer Reviewed
• [Presentation] PBL27はMAPKKKをリン酸化することでCERK1によるシグナルをMAPKカスケードへ伝達する (2015)
  • Author(s): 山田 健太、山口 公志、白川 友美、石川 和也、鳴坂 真理、鳴坂 義弘、市村 和也、深溝 慶、渋谷 直人、川崎 努
  • Organizer: 平成27年度 日本植物病理学会創立100周年記念大会
  • Place of Presentation: 明治大学（東京）
  • Year and Date: 2015-03-28 – 2015-03-31
• [Presentation] キチン信号伝達系におけるMAPKKKの活性化の遺伝学的解析 (2015)
  • Author(s): 白川 友美、 山口 公志、 山田 健太、 市村 和也、 藤原 正幸、 深溝 慶、 川崎 努
  • Organizer: 平成27年度 日本植物病理学会創立100周年記念大会
  • Place of Presentation: 明治大学（東京）
  • Year and Date: 2015-03-28 – 2015-03-31
• [Presentation] PBL27 directly phosphorylates MAPKKK to activate MAPK cascade in chitin response (2015)
  • Author(s): 山田 健太、山口 公志、白川 友美、石川 和也、市村和也、深溝 慶、渋谷 直人、川崎 努
  • Organizer: 第５６回日本植物生理学会年会
  • Place of Presentation: 東京農業大学（東京）
  • Year and Date: 2015-03-16 – 2015-03-18
• [Presentation] MAPキナーゼカスケードを介した免疫シグナル伝達機構の解明 (2014)
  • Author(s): 山田 健太、山口 公志、白川 友美、石川 和也、鳴坂 真理、鳴坂 義弘、市村和也、深溝 慶、渋谷 直人、川崎 努
  • Organizer: 新学術領域 若手ワークショップ
  • Place of Presentation: 阿蘇プラザホテル(熊本)
  • Year and Date: 2014-09-24 – 2014-09-26
• [Presentation] 植物免疫におけるMAPKKKの活性化機構の解析 (2014)
  • Author(s): 白川友美、山口公志、山田健太、市村和也、深溝慶、川﨑努
  • Organizer: 2014年度日本農芸化学会関西支部大会（第486回講演会）
  • Place of Presentation: 奈良先端科学技術大学院大学(奈良)
  • Year and Date: 2014-09-19 – 2014-09-20
• [Presentation] AtRLCK1によるMAPKKKaを介したキチン認識時のMAPキナーゼの活性化機構の解析 (2014)
  • Author(s): 山口公志、山田健太、白川友美、石川和也、鳴坂真理、鳴坂義弘、市村和也、深溝慶、川﨑努
  • Organizer: 平成26年度 日本植物病理学会
  • Place of Presentation: 札幌コンベンションセンター（北海道）
  • Year and Date: 2014-06-02 – 2014-06-04