2016 Fiscal Year Research-status Report
ホスファチジルイノシトールリン酸から解き明かす炭疽病菌の感染メカニズム
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16K18834
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| Research Institution | Chiba University |
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Principal Investigator |
島田 貴士 千葉大学, 園芸学研究科, 助教 (10713828)
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2016-04-01 – 2019-03-31
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| Keywords | ホスファチジルイノシトールリン酸 / PtdIns(4,5)P2 / PIP5キナーゼ / 炭疽病菌 / シロイヌナズナ |
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| Outline of Annual Research Achievements |
ホスファチジルイノシトールリン酸は，生体膜の構成成分として非常に重要な物質である．申請者の研究により，PtdIns(4,5)P2とPIP5キナーゼが炭疽病菌感染時に侵入菌糸嚢膜に非常に多く集積することが明らかになっている．本研究ではPtdIns(4,5)P2が担う菌感染機構に着目している．
PIP5キナーゼを過剰発現したシロイヌナズナを作出し，炭疽病菌に対する抵抗性を評価した．用いた菌は，通常はシロイヌナズナには感染しない，クワ炭疽病菌である．PIP5キナーゼ過剰発現シロイヌナズナでは，クワ炭疽病菌の接種により，病斑が形成されるようになることが明らかになった．このことから，PIP5キナーゼを過剰発現させると，炭疽病菌感染に弱くなることがわかった．PtdIns(4,5)P2は，炭疽病菌が感染しやすくなるように働いていることが示唆された．
侵入菌糸嚢膜に，他のどのような因子が局在するかを調べた．Exocyst complexの一つであるExo84b，糖トランスポーターであるSWEET，アクチン繊維について観察を行った．その結果，Exo84bが侵入菌糸嚢膜に集積することが明らかになった．一方，SWEETは侵入菌糸嚢膜への集積は見られなかった．興味深いことに，アクチン繊維は，炭疽病菌の感染により断片化することがわかった．
本研究から，PtdIns(4,5)P2を利用した炭疽病菌の感染戦略が明らかになってきている．さらなる研究を行うことにより，炭疽病菌の感染におけるPtdIns(4,5)P2の役割が明らかになり，防除に役立つようになると考えている．具体的には，PtdIns(4,5)P2 をPtdIns(4)Pに戻す酵素・5ホスファターゼの過剰発現シロイヌナズナを作出しており，炭疽病菌に強くなるのではないかと期待している．
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
今年度の研究において，PIP5キナーゼ過剰発現シロイヌナズナにおける病害性試験を行い，クワ炭疽病菌に対して罹病性になるという結果が得られている．PtdIns(4,5)P2とPIP5キナーゼが侵入菌糸嚢膜に集積するという観察結果だけでは，PtdIns(4,5)P2が植物体側に有利に働くのか，炭疽病菌側に有利に働くのか不明であったが，病害性試験の結果から，PtdIns(4,5)P2は炭疽病菌の感染に有利に働いていることが明らかになってきた．本研究における炭疽病菌の感染生理を考えるうえで，非常に重要な結果が得られたと考えている．また，炭疽病菌の侵入菌糸嚢膜に局在する因子を探る観察実験から，Exocyst complexのひとつであるExo84bが集積することが明らかになった．侵入菌糸の伸展にともなって侵入菌糸嚢膜が伸展するうえで，必要な膜成分をExocyst complexによって供給しているのではないかという新しい仮説が考えられるようになった．また，炭疽病菌の感染により，アクチン繊維が菌糸周辺に集積するのではないかと考えていたが，予想とは異なり，感染によりアクチン繊維は断片化するという結果が得られた．この現象は過去に報告が無く，炭疽病菌の感染生理機構を考えるうえで，非常に重要な知見であると期待している．今後はアクチン繊維の動態にも着目していきたいと考えている．その他，侵入菌糸嚢膜に局在する候補因子の同定に必要なコンストラクトの作出，5ホスファターゼの過剰発現シロイヌナズナの作出も行っており，研究はおおむね順調に進展していると考えている．
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| Strategy for Future Research Activity |
今後の研究において，PIP5キナーゼ過剰発現シロイヌナズナにおける病害性試験をさらに行い，シロイヌナズナに感染することができるアブラナ科野菜類炭疽病菌に対する抵抗性を調べていくことを考えている．クワ炭疽病菌とアブラナ科野菜類炭疽病菌では反対の表現型を示す可能性もあり，この実験結果は炭疽病菌の感染生理を考えるうえで大きな意味合いを持つ．侵入菌糸嚢膜に局在する因子の探索では，新たにsmall GTPaseであるROP2, ROP5に着目している．ROPはexocyst complexともかかわりが強く，必要な膜成分をExocyst complexによって供給しているという仮説の裏付けになると期待している．また，PIP5キナーゼに結合する因子を網羅的に解析するために，PIP5K3-GFP植物を用いた共免疫沈降実験を行うことを計画している．これにより，PIP5キナーゼに結合する植物側の因子だけでなく，炭疽病菌のエフェクターまで単離できるのではないかと期待している．5ホスファターゼの過剰発現シロイヌナズナについても，病害性試験を行い，炭疽病菌に対して抵抗性を示す植物が作れるかどうかを調べる予定である．本研究で新たに得られた知見として，炭疽病菌の感染により，アクチン繊維が断片化するという現象がある．このことについても，さらに解析を進めていく．アクチンの重合を阻害するラトランクリンBの添加により，炭疽病菌に対する抵抗性が低下するかを観察する．また，アクチン繊維を安定化させることにより，炭疽病菌に対して抵抗性を示すようになるかを観察していく．
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[Journal Article] Modulation of Plant RAB GTPase-Mediated Membrane Trafficking Pathway at the Interface Between Plants and Obligate Biotrophic Pathogens2016
Author(s)
Noriko Inada, Shigeyuki Betsuyaku, Takashi L. Shimada, Kazuo Ebine, Emi Ito, Natsumaro Kutsuna, Seiichiro Hasezawa, Yoshitaka Takano, Hiroo Fukuda, Akihiko Nakano, Takashi Ueda
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Journal Title
Plant Cell Physiol
Volume: 57
Pages: 1854-1864
DOI
Peer Reviewed / Open Access
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[Presentation] ホスファチジルイノシトールリン酸を介した炭疽病菌感染機構の解明2017
Author(s)
Takashi L. Shimada, Yoshitaka Takano, Shigeyuki Betsuyaku, Akihiko Nakano, Takashi Ueda
Organizer
第58回日本植物生理学会年会
Place of Presentation
鹿児島大学 郡元キャンパス（鹿児島県鹿児島市）
Year and Date
2017-03-16 – 2017-03-18
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