植物病原糸状菌付着器分泌型エフェクターの病原性機能の解析

2016 Fiscal Year Research-status Report

• Project/Area Number: 16K07618
• Research Institution: Ehime University
• Principal Investigator: 八丈野 孝 愛媛大学, 農学研究科, 准教授 (10404063)
• Project Period (FY): 2016-04-01 – 2019-03-31
• Keywords: AVRエフェクター / オオムギうどんこ病菌

Outline of Annual Research Achievements

植物病原糸状菌が分泌するエフェクターは植物の細胞内へ侵入して免疫反応を抑制するが、病原性機能の分子メカニズムはまだよくわかっていない。本研究の目的は、オオムギうどんこ病菌（Blumeria graminis f. sp. hordei）の新規の AVR エフェクターを同定して R タンパク質による認識機構及びその病原性機能を解明し、世界的に問題となっているコムギ黒さび病菌の問題解決に寄与することである。
オオムギうどんこ病菌のプロテオーム解析によりすでに単離しているエフェクター候補のうち、APEC1が病原性を持ち、オオムギ表皮細胞内のある特定の細胞小器官に局在することを明らかにした。また、APEC1と共局在する宿主標的候補を得ており、病原性との関連性を解析している。AVRエフェクターとしてHR細胞死を起こすかどうかを調べる実験系（Wahara et al., JGPP 2017）をさらに改良し、オオムギ表皮細胞における細胞死率を半定量的および経時的に解析可能とした。プロトプラストを用いた細胞死アッセイ系についても実験設備を含め準備が完了した。シロイヌナズナpen3 eds1変異体にAPEC1を過剰発現させた形質転換体はT2世代を得ており、解析に着手している。
以上に加え、国際共同研究として、我々の菌株（RACE1およびOU14）と世界各地の菌株のゲノムワイド関連解析により、Rタンパク質であるMLA1およびMLA13が認識すると考えられていたAVRa1およびAVRa3を新たに発見した（Lu et al., PNAS 2016）。現在はAPEC1とともに、改良したHR細胞死アッセイ系を用いてAVRa1およびAVRa13の認識機構の解析に取り組んでいる。

Current Status of Research Progress

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

Reason

本研究では、オオムギうどんこ病菌のプロテオーム解析により得られたエフェクター候補を中心としてAVRエフェクターの同定、認識機構および病原性機能の解明を計画していた。それと並行して、我々の菌株（RACE1およびOU14）とその他遺伝的バックグラウンドの異なる菌株のゲノムワイド関連解析を進め、Rタンパク質であるMLA1およびMLA13が認識すると考えられていたAVRa1およびAVRa13の同定に成功した。これらのAVRエフェクターの非病原型と病原型のアミノ酸配列の相違をもとに認識機構の解析が可能となった。加えて、これらAVRエフェクターがHR細胞死の指標となり得るため、今後のAPECのHR細胞死誘導能の評価が容易となった。

Strategy for Future Research Activity

研究が当初計画の方向に進んでいるため引き続きAPEC1のHR細胞死実験を推進させる。APEC1の宿主標的候補がひとつとは限らないため、酵母２ハイブリッド法によりさらに標的を探索する。並行して、RNA-seq解析によりシロイヌナズナ過剰発現体において発現が変動する遺伝子群を解析し、病原性機能の解明に向けて多角的にアプローチする。

Research Products

• [Int'l Joint Research] マックスプランク研究所(ドイツ)
  • Country Name: GERMANY
  • Counterpart Institution: マックスプランク研究所
• [Int'l Joint Research] カーティン大学(オーストラリア)
  • Country Name: AUSTRALIA
  • Counterpart Institution: カーティン大学
• [Int'l Joint Research] アイオワ州立大学(米国)
  • Country Name: U.S.A.
  • Counterpart Institution: アイオワ州立大学
• [Journal Article] Improved method for in situ biolistic transformation to analyze barley-powdery mildew interactions. (2017)
  • Author(s): Wahara, M., Inoue, C., Kohguchi, T., Sugai, K., Kobayashi, K., Nishiguchi, M., Yamaoka, N. and Yaeno, T.
  • Journal Title: J. Gen. Plant Pathol. Volume: 83(3) Pages: 140-146
  • DOI: 10.1007/s10327-017-0712-0
  • Peer Reviewed / Acknowledgement Compliant
• [Journal Article] Allelic barley MLA immune receptors recognize sequence-unrelated avirulence effectors of the powdery mildew pathogen. (2016)
  • Author(s): Lu, X., Kracher, B., Saur, I. M. L., Bauer, S., Ellwood, S. R., Wise, R., Yaeno, T., Maekawa, T. and Schulze-Lefert, P.
  • Journal Title: Proc. Natl. Acad. Sci. USA Volume: 113(42) Pages: E6486-E6495
  • DOI: 10.1073/pnas.1612947113
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research / Acknowledgement Compliant
• [Journal Article] Hammer blot-mediated RNA extraction: an inexpensive, labor-saving method to extract RNA for plant virus detection. (2016)
  • Author(s): Akhter, M. S., Yaeno, T., Yamaoka, N., Nishiguchi, M. and Kobayashi, K.
  • Journal Title: J. Gen. Plant Pathol. Volume: 82(5) Pages: 268-272
  • DOI: 10.1007/s10327-016-0673-8
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Review of Beet pseudoyellows virus genome structure built the consensus genome organization of cucumber strains and highlighted the unique feature of strawberry strain. (2016)
  • Author(s): Akhter, M. S., Bhor, S. A., Hlalele, N., Nao, M., Sekine, K. T., Yaeno, T., Yamaoka, N., Nishiguchi, M., Gubba, A. and Kobayashi, K.
  • Journal Title: Virus Genes Volume: 52(6) Pages: 828-834
  • DOI: 10.1007/s11262-016-1376-0
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Transmission of RNA silencing signal through grafting confers virus resistance from transgenically silenced tobacco rootstocks to non-transgenic tomato and tobacco scions. (2016)
  • Author(s): Ali, M. E., Waliullah, S., Kobayashi, K., Yaeno, T., Yamaoka, N. and Nishiguchi, M.
  • Journal Title: J. Plant Biochem. Biotech. Volume: 25(3) Pages: 245-252
  • DOI: 10.1007/s13562-015-0334-6
  • Peer Reviewed
• [Presentation] 作物の病害発症メカニズム解明に向けた温故知新的研究 (2017)
  • Author(s): 八丈野孝
  • Organizer: 作物学会
  • Place of Presentation: 東京大学（東京都文京区）
  • Year and Date: 2017-03-30 – 2017-03-30
  • Invited
• [Presentation] オオムギうどんこ病菌のAVRエフェクターは付着器から分泌される (2016)
  • Author(s): 井上智絵、和原未季、香口智宏、中村篤史、武井博、小林括平、山岡直人、八丈野孝
  • Organizer: 第11回ムギ類研究会
  • Place of Presentation: 岡山大学（岡山県倉敷市）
  • Year and Date: 2016-12-10 – 2016-12-11
• [Presentation] オオムギうどんこ病菌のエフェクター（病原性タンパク質）に関する研究 (2016)
  • Author(s): 八丈野孝、井上智絵、武井博、和原未季、中村篤史、清水茜、戸田寛隆、小林括平、山岡直人
  • Organizer: 第11回ムギ類研究会
  • Place of Presentation: 岡山大学（岡山県倉敷市）
  • Year and Date: 2016-12-10 – 2016-12-11
• [Presentation] オオムギうどんこ病菌の付着器分泌型エフェクター候補APEC1の機能解析 (2016)
  • Author(s): 武井博、井上智絵、香口智宏、和原未季、菅井維之、野村有子、小林括平、西口正通、山岡直人、中神弘史、八丈野孝
  • Organizer: 日本植物病理学会関西部会
  • Place of Presentation: 静岡県コンベンションアーツセンター（静岡県静岡市）
  • Year and Date: 2016-09-29 – 2016-09-30
• [Presentation] オオムギうどんこ病菌の付着器分泌型エフェクター候補APEC1の病原性機能と宿主細胞内局在 (2016)
  • Author(s): 武井博、香口智宏、和原未季、菅井維之、野村有子、小林括平、西口正通、山岡直人、中神弘史、八丈野孝
  • Organizer: 日本植物病理学会平成28年度植物感染生理談話会
  • Place of Presentation: シーパル須磨（兵庫県神戸市）
  • Year and Date: 2016-08-10 – 2016-08-12
• [Presentation] mlo変異による侵入抵抗性の打破メカニズムの解析 (2016)
  • Author(s): 和原未季、中村篤史、香口智宏、久野裕、小林括平、西口正通、山岡直人、八丈野孝
  • Organizer: 日本植物病理学会平成28年度植物感染生理談話会
  • Place of Presentation: シーパル須磨（兵庫県神戸市）
  • Year and Date: 2016-08-10 – 2016-08-12
• [Remarks] 世界初の取り組みでオオムギうどんこ病菌の病原性因子を発見！～うどんこ病抵抗性品種の育種研究に活路～
  • URL: https://www.ehime-u.ac.jp/data_relese/data_relese-32578/