Studies on saprophytic, parasitic and symbiotic strategies depending on secondary metabolite production in necrotrophic plant pathogens

2020 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 17K07666
• Research Institution: Tottori University
• Principal Investigator: 児玉 基一朗 鳥取大学, 連合農学研究科, 教授 (00183343)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 石原 亨 鳥取大学, 農学部, 教授 (80281103)
• Project Period (FY): 2017-04-01 – 2021-03-31
• Keywords: 植物病原菌 / 腐生菌 / ネクロトロフ / 共生菌 / 二次代謝産物 / ゲノミクス / 遺伝子クラスター

Outline of Annual Research Achievements

植物病原菌が生産する植物毒素などの各種生理活性物質は、菌の発病ストラテジーにおいて極めて重要な位置を占める。そのため、一般的に病原菌は、腐生菌(非病原菌)と比較して多種多様な生理活性・化学構造を有する二次代謝産物（secondary metabolite、SM）を生合成する。さらにSMは、宿主植物を加害するためだけではなく、宿主不在期間は、土壌中などにおける他者との競合と生存のため活用されている。また、エンドファイトでは、宿主との共生関係確立にSMが重要な役割を果たす。すなわち、SMは、腐生菌（非病原菌）、共生菌および病原菌を分かつ要因のひとつとなり、さらに病原菌においてはエフェクター分子として病原性の分化に大きく寄与してきたと考えられる。
本研究においては、世界的にもメジャーなネクロトロフ（necrotroph）植物病原菌であるAlternaria属菌を主として使用した。本菌は、病原菌のみならず、腐生菌およびエンドファイト（共生菌）も含んでおり、菌の多様なライフスタイルを決定する分子機構解明の優れたモデル糸状菌である。さらに、比較検討のため、他のネクロトロフ病原菌（毒素生産菌）として、Corynespora属およびCochliobolus属病原菌を使用した。また、典型的なエンドファイト菌として、Epichloe属エンドファイトも対象に加えた。
これらライフスタイルの異なる各種の菌を用いた比較・系統ゲノミクス、遺伝子機能解析等の手法により、ネクロトロフ病原菌、腐生菌および共生菌の生存・発病戦略および多様性形成と進化の過程に、SM生合成遺伝子クラスターが重要な役割を果たし、さらに、遺伝子クラスター・病原性染色体の水平移動が介在する可能性を明らかにした。

Research Products

• [Int'l Joint Research] Cornell University(米国)
  • Country Name: U.S.A.
  • Counterpart Institution: Cornell University
• [Int'l Joint Research] AgResearch(ニュージーランド)
  • Country Name: NEW ZEALAND
  • Counterpart Institution: AgResearch
• [Journal Article] Identification of methoxylchalcones produced in response to CuCl2 treatment and pathogen infection in barley (2021)
  • Author(s): Ube, N., Katsuyama, T., Kariya, K., Tebayashi, S., Sue, M., Tohnooka, T., Ueno, K., Taketa, S. and Ishihara, A.
  • Journal Title: Phytochemistry Volume: 184 Pages: 112650
  • DOI: 10.1016/j.phytochem.2020.112650
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Natural variation in the expression and catalytic activity of a naringenin 7-Omethyltransferase influences antifungal defenses in diverse rice cultivars (2020)
  • Author(s): Murata, K., Kitano, T., Yoshimoto, R., Takata, R., Ube, N., Ueno, K., Ueno, M., Yabuta, Y., Teraishi, M., Holland, C.K., Jander, G., Okumoto, Y., Mori, N., Ishihara, A.
  • Journal Title: The Plant Journal Volume: 101 Pages: 1103-1117
  • DOI: 10.1111/tpj.14577
  • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Mutations found in the Asc1 gene that confer susceptibility to the AAL-toxin in ancestral tomatoes from Peru and Mexico (2020)
  • Author(s): Tsuzuki, R., Cabrera Pintado, R.M., Kodama, M., Komatsu, K. and Arie, T. et al.
  • Journal Title: Plants Volume: 10 Pages: 47
  • DOI: 10.3390/plants10010047
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Natural variation of diterpenoid phytoalexins in cultivated and wild rice species (2020)
  • Author(s): Kariya, K., Ube, N., Ueno, M., Teraishi, M., Okumoto, Y., Mori, N., Ueno, K. and Ishihara, A.
  • Journal Title: Phytochemistry Volume: 180 Pages: 112518
  • DOI: 10.1016/j.phytochem.2020.112518
  • Peer Reviewed
• [Presentation] 沖縄県内サトウキビ圃場から分離されたBacillus属菌のサトウキビ黒穂病菌およびバナナパナマ病菌に対する阻害活性 (2021)
  • Author(s): 福井瑛士・伊藤通浩・新里尚也・伊禮 信・有江 力・児玉基一朗
  • Organizer: 令和3年度日本植物病理学会大会
• [Presentation] AAL 毒素感受性を決定するAsc1 遺伝子の多様性解析に基づくトマト栽培化・進化に関する研究 (2021)
  • Author(s): 都筑 麟・Medali Heidi Huarhua Zaquinaula・Liliana Maria Aragon Caballero・児玉 基一朗・小松 健・有江 力
  • Organizer: 令和3年度日本植物病理学会大会
• [Presentation] 日本各地のカモジグサ類 (Elymus) から分離されたEpichloe属エンドファイトの遺伝的多様性および二次代謝産物生合成能 (2020)
  • Author(s): 伊津奈織, 辻本 壽, Wayne R. Simpson, Richard D. Johnson, 赤木靖典, 石原亨, 児玉基一朗
  • Organizer: 令和2年度日本植物病理学会大会
• [Presentation] 沖縄県内サトウキビ圃場から分離されたサトウキビ黒穂病菌胞子発芽阻害活性を示す細菌 (2020)
  • Author(s): 福井瑛士・伊藤通浩・新里尚也・伊禮 信・有江 力・児玉基一朗
  • Organizer: 令和2年度日本植物病理学会関西部会