Molecular mechanism of rice blast resistance acquisition by SnRK1 involved in plant nutrition metabolism

2020 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 17K07678
• Research Institution: National Agriculture and Food Research Organization
• Principal Investigator: 林 長生 国立研究開発法人農業・食品産業技術総合研究機構, 生物機能利用研究部門, 再雇用職員 (90391557)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 井上 晴彦 国立研究開発法人農業・食品産業技術総合研究機構, 生物機能利用研究部門, 上級研究員 (10435612)
• Project Period (FY): 2017-04-01 – 2021-03-31
• Keywords: いもち病 / 圃場抵抗性 / pi21 / 抵抗性機作 / リグニン化

Outline of Annual Research Achievements

陸稲品種の「戦捷」に由来するいもち病抵抗性遺伝子pi21は、イネの葉いもち病に菌系特異性が無く安定した抵抗性を付与する。pi21と相互作用する因子であるSnRK1をpi21を持つイネにおいて発現抑制（RNAi）すると、pi21に依存したいもち病抵抗性が著しく低下した。再現性を取るために、ゲノム編集個体を作成して解析を行うと、pi21の抵抗性が著しく落ちることはなかったが、SnRK1βは抵抗性が落ちる傾向にあった。このことは、RNAiによってSnRK1に類似するホモログが抵抗性に関与していることを示唆している。Promoter:GUSで組織特異性を調べると、いもち病菌の接種および無接種では、大きな変動は見られなかった。このことから、pi21とSnRK1βはタンパク質レベルでいもち病抵抗性の情報伝達が行われていると考えられる。抵抗性および罹病性イネ品種にいもち病菌を接種し、炭素および窒素のラジオアイソトープを取り込ませた実験では、炭素の流れには影響はなかった。一方、窒素では病斑の葉身基部側に窒素のシグナルが多く見られ、特に罹病性品種で大きなシグナルが観察された。この現象を確認するために、蛍光標識をしたいもち病菌を供試すると、抵抗性および罹病性品種ともに病斑から外部に伸びるシグナルが観察された。いもち病菌は、病斑部分だけではなく、病斑周辺領域へも菌糸を伸ばし、窒素を獲得していることが示唆された。そこで、SnRK1βの遺伝子については、酵母で糖および窒素の数種類の添加培地で、相互作用能に変化があるか調べたが大きな変動はなかった。さらに、pi21を大腸菌で、SnRK1βを小麦胚芽で発現させたタンパク質を用いて、相互作用の確認実験を行った。その結果、通常バッファーでの相互作用は確認できた。現在、様々な窒素源を添加した実験を行い、タンパク質間相互作用への影響を調べている。

Research Products

• [Journal Article] miR2118-dependent U-rich phasiRNA production in rice anther wall development (2020)
  • Author(s): Saori Araki, Ngoc Tu Le, Koji Koizumi, Alejandro Villar-Briones, Ken-Ichi Nonomura, Masaki Endo, Haruhiko Inoue, Hidetoshi Saze, Reina Komiya
  • Journal Title: Nature communications Volume: 11 Pages: 1-12
  • DOI: 10.1038/s41467-020-1663
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Root angle modifications by the DRO1 homolog improve rice yields in saline paddy fields (2020)
  • Author(s): Yuka Kitomi, Eiko Hanzawa, Noriyuki Kuya, Haruhiko Inoue, Naho Hara, Sawako Kawai, Noriko Kanno, Masaki Endo, Kazuhiko Sugimoto, Toshimasa Yamazaki, Shingo Sakamoto, Naoki Sentoku, Jianzhong Wu, Hitoshi Kanno, Nobutaka Mitsuda, Kinya Toriyama, Tadashi Sato, Yusaku Uga
  • Journal Title: Proceedings of the National Academy of Sciences Volume: 117 Pages: 21242-21250
  • DOI: 10.1073/pnas.2005911117
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Root-Secreted Coumarins and the Microbiota Interact to Improve Iron Nutrition in Arabidopsis (2020)
  • Author(s): Christopher J Harbort, Masayoshi Hashimoto, Haruhiko Inoue, Yulong Niu, Rui Guan, Adamo D Rombola, Stanislav Kopriva, Mathias JEEE Voges, Elizabeth S Sattely, Ruben Garrido-Oter, Paul Schulze-Lefert
  • Journal Title: Cell Host & Microbe Volume: 28 Pages: 825-837
  • DOI: 10.1016/j.chom.2020.09.006
  • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
• [Journal Article] A gnotobiotic growth assay for Arabidopsis root microbiota reconstitution under iron limitation (2020)
  • Author(s): Christopher J Harbort, Masayoshi Hashimoto, Haruhiko Inoue, Paul Schulze-Lefert
  • Journal Title: STAR protocols Volume: 1 Pages: 100226
  • DOI: 10.1016/j.xpro.2020.100226
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Genetic Variation of Rice Blast (Pyricularia oryzae) Isolates in Laos (2020)
  • Author(s): Xangsayasane, P., Boualaphanh, C., Bounphanousay, C., Bounphanousay, V., Manivong, P., Voradeth, S., Inthapanya, P., Sato, T., Obara, M., Hayashi, N., Fukuta, Y.
  • Journal Title: Plant Health Progress Volume: 21 Pages: 248-255
  • DOI: 10.1094/PHP-05-20-0041-RS
  • Peer Reviewed / Int'l Joint Research