Dynamism on pathogen recognition and subsequent responses through the plant cell wall

2020 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 18K05645
• Research Institution: Okayama University
• Principal Investigator: 豊田 和弘 岡山大学, 環境生命科学研究科, 教授 (50294442)
• Project Period (FY): 2018-04-01 – 2021-03-31
• Keywords: 活性酸素種（ROS） / 細胞壁ペルオキシダーゼ / 細胞膜 NADPH オキシダーゼ / シロイヌナズナ PRX34 / スルフェン酸化

Outline of Annual Research Achievements

活性酸素種（ROS）の主要な産生酵素として，細胞膜 NADPH オキシダーゼや細胞外ペルオキシダーゼがよく知られているが，MAMP 誘導性の ROS バーストにおけるそれらの貢献度や相互作用などについては依然不明の部分が多い。本研究では，シロイヌナズナの細胞壁ペルオキシダーゼ PRX34 について，挿入位置が異なる 3 種の T-DNA 挿入系統からヌル変異体 prx34-3 を選抜し，それらの病原細菌や糸状菌由来の MAMP に対する応答について解析した。その結果，いずれも MAMP に対しても初発の ROS 生成は野生型植物と比べて～80% 低下し，残存する生成は DPI 感受性であった。以上から，MAMP 誘導性の ROS バーストにおいて細胞壁ペルオキシダーゼも NADPHオキシダーゼとともにパターン認識受容体（PRR）の制御下にあり，両酵素が協調していることが明らかとなった。一方，NADPH オキシダーゼの１つ RbohD に注目し，ペルオキシダーゼと相互作用について調べた。興味深いことに，rbohD 変異体においては細胞壁におけるペルオキシダーゼの蓄積量が低下し，さらに免疫沈降で回収された沈降物のスルフェン酸化程度は野生型と比べて大きく減少していた。以上の結果は，RbohD は構成的に生成する H2O2 を通して細胞外ペルオキシダーゼのスルフェン酸化を調節しており，この翻訳後修飾を介してペルオキシダーゼの安定化や ROS 生成のプライミングが行われているものと推察した。事実，野生型植物をジスルフィド結合阻害剤で前処理すると，MAMP 誘導性 ROS バーストが著しく低下した。これら結果は，ROS バーストの準備・実行プロセスにおける細胞膜・壁間の機能的な相互作用の存在を新たに示唆するものであり，今後の解析が強く期待される。

Research Products

• [Journal Article] Antagonism between SA- and JA- signaling conditioned by saccharin in Arabidopsis renders resistance to a specific pathogen (2020)
  • Author(s): Phuong, L.T., Fitrianti, A.N., Luan, M.T., Matsui, H., Noutoshi, Y., Yamamoto, M., Ichinose, Y., Shiraishi, T. and Toyoda, K.
  • Journal Title: J. Gen. Plant Pathol. Volume: 86(2) Pages: 86-99
  • DOI: 10.1007/s10327-019-00899-x
  • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Endogenous suppressor(s) in Arabidopsis thaliana (2020)
  • Author(s): Mai, T.L., Kawasaki, T., Fitrianti, A.N., Phuong, L.T., Shiokawa, T., Tada, H., Matsui, H., Noutoshi, Y., Yamamoto, M., Ichinose, Y., Shiraishi, T. and Toyoda, K.
  • Journal Title: J. Gen. Plant Pathol. Volume: 86(2) Pages: 100-106
  • DOI: 10.1007/s10327-019-00897-z
  • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
• [Journal Article] The plant activator saccharin induces resistance to wheat powdery mildew through activation of multiple defense-related genes (2020)
  • Author(s): Phuong, L.T., Zhao, L., Fitrianti, A.N., Matsui, H., Noutoshi, Y., Yamamoto, M., Ichinose, Y., Shiraishi, T. and Toyoda, K.
  • Journal Title: J. Gen. Plant Pathol. Volume: 86(2) Pages: 107-113
  • DOI: 10.1007/s10327-019-00900-7
  • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
• [Presentation] The role of CEP5 peptide as an endogenous suppressor in Arabidopsis thaliana (2021)
  • Author(s): Aprilia Nur Fitrianti, Thanh Luan Mai, Tsugumi Shiokawa, Hiroko Tada, Hidenori Matsui, Yoshiteru Noutoshi, Mikihiro Yamamoto, Yuki Ichinose, Tomonori Shiraishi, Kazuhiro Toyoda
  • Organizer: International Symposium on Environmental and Life Science: FY2020 Debrief Meeting on Education and Research (25 January 2021), Okayama University, Okayama, Japan
• [Presentation] メトミノストロビンの抵抗性誘導作用に関する研究 (3) メトミノストロビンはシロイヌナズナの MAP キナーゼを活性化する (2021)
  • Author(s): 伊藤千晶・小原七海・佐藤穂高・市成光広・山田 晶・櫻本和生・白石 慎・山本 隆・松井英譲・能年義輝・山本幹博・一瀬勇規・白石友紀・豊田和弘
  • Organizer: 日本農薬学会第46回大会（令和3年3月8～10日），東京農工大学（オンライン），東京
• [Presentation] メトミノストロビンの抵抗性誘導作用に関する研究（4） メトミノストロビンはシロイヌナズナにおいて PTI 関連遺伝子の発現を促進する (2021)
  • Author(s): 小原七海・伊藤千晶・佐藤穂高・市成光広・山田 晶・櫻本和生・白石 慎・山本 隆・松井英譲・能年義輝・山本幹博・一瀬勇規・白石友紀・豊田和弘
  • Organizer: 日本農薬学会第46回大会（令和3年3月8～10日），東京農工大学（オンライン），東京
• [Presentation] CEP5 peptide negatively modulates defense responses in Arabidopsis thaliana (2021)
  • Author(s): Aprilia, N.F., Luan, M.T., Matsui, H., Noutoshi, Y., Yamamoto, M., Ichinose, Y., Shiraishi, T., Toyoda, K.
  • Organizer: 令和3年度日本植物病理学会大会（令和3年3月18～20日），津（オンライン）
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] メトミノストロビンの抵抗性誘導作用に関する研究５．シロイヌナズナのPTI応答における MAPキナーゼ活性に対する影響 (2021)
  • Author(s): 伊藤千晶・小原七海・佐藤穂高・市成光広・山田 晶・櫻本和生・白石 慎・山本 隆・松井英譲・能年義輝・山本幹博・一瀬勇規・白石友紀・豊田和弘
  • Organizer: 令和3年度日本植物病理学会大会（令和3年3月18～20日），津（オンライン）
• [Presentation] メトミノストロビンの抵抗性誘導作用に関する研究 ６．シロイヌナズナにおける PTI 関連遺伝子の発現に対する影響 (2021)
  • Author(s): 小原七海・伊藤千晶・佐藤穂高・市成光広・山田 晶・櫻本和生・白石 慎・山本 隆・松井英譲・能年義輝・山本幹博・一瀬勇規・白石友紀・豊田和弘
  • Organizer: 令和3年度日本植物病理学会大会（令和3年3月18～20日），津（オンライン）
• [Presentation] シロイヌナズナの細胞内/細胞外レドックス制御における NADPH オキシダーゼ RBOHD の役割 (2020)
  • Author(s): 高須瑞穂・木元菜々子・松井英譲・能年義輝・山本幹博・一瀬勇規・白石友紀・豊田和弘
  • Organizer: 令和2年度日本植物病理学会関西部会（令和2年11月7～8日），島根大学（オンライン），松江
• [Presentation] シロイヌナズナの MAMP 誘導性オキシダティブバーストにおける細胞壁ペルオキシダーゼと NADPH オキシダーゼの関与 (2020)
  • Author(s): 木元菜々子・高須瑞穂・Aprilia Nur Fitrianti・松井英譲・能年義輝・山本幹博・一瀬勇規・白石友紀・豊田和弘
  • Organizer: 令和2年度日本植物病理学会関西部会（令和2年11月7～8日），島根大学（オンライン），松江
• [Presentation] シロイヌナズナにおける既知の受容体を介さないカビの認識機構 (2020)
  • Author(s): 矢野裕奈・Aprilia Nur Fitrianti・木元菜々子・松井英譲・能年義輝・山本幹博・一瀬勇規・白石友紀・豊田和弘
  • Organizer: 令和2年度日本植物病理学会関西部会（令和2年11月7～8日），島根大学（オンライン），松江
• [Presentation] The role of CEP5 peptide as an endogenous suppressor in Arabidopsis thaliana (2020)
  • Author(s): Aprilia, N.F., Luan, M.T., Matsui, H., Noutoshi, Y., Yamamoto, M., Ichinose, Y., Shiraishi, T., Toyoda, K.
  • Organizer: 令和2年度日本植物病理学会関西部会（令和2年11月7～8日），島根大学（オンライン），松江
• [Presentation] Endogenous suppressor(s) in Arabidopsis thaliana (2020)
  • Author(s): Aprilia Nur Fitrianti, Mai Thanh Luan, Le Thi Phuong, Lei Zhao, Hiori Monden, Norika Shiiba, Tsugumi Shiokawa, Hiroko Tada, Hidenori Matsui, Yoshiteru Noutoshi, Mikihiro Yamamoto, Yuki Ichinose, Tomonori Shiraishi and Kazuhiro Toyoda
  • Organizer: 2020 Japan-US Early Career Online Symposium (29 September to 7 October), Cornell University, Ithaca, NY, USA
  • Int'l Joint Research