Defense mechanism in plant apoplastic space against plant pathogens

2018 Fiscal Year Research-status Report

• Project/Area Number: 18K06121
• Research Institution: Iwate Biotechnology Research Center
• Principal Investigator: 竹田 匠 公益財団法人岩手生物工学研究センター, ゲノム育種研究部, 主任研究員 (80423036)
• Project Period (FY): 2018-04-01 – 2021-03-31
• Keywords: アポプラスト / タンパク質間相互作用 / 耐病性 / OsCBMIP / CBM1 / Thaumatin

Outline of Annual Research Achievements

植物病原菌は多種の多糖分解酵素を植物のアポプラス（細胞膜より外側）に分泌し、細胞壁の分解を促進している。特に多糖分解酵素の構成部位である CBM1は植物の細胞壁多糖の効率的分解、および細胞壁の力学的性質の低下に大きく寄与している。これに対して、植物はCBM1の作用を抑制するシステムを有していることが推測された。そこで、いもち病菌のCBM1を有するキシラナーゼ(以下MoCel10A_CBM1と示す)に作用するイネ由来のタンパク質の同定および機能解析を行うこととした。MoCel10A_CBM1と強固に結合するイネ由来のタンパク質の探索を行なったところ、システインリッチリピート分泌タンパク質に分類されるタンパク質の単離・同定に成功した。このタンパク質はCBM1と特異的に結合するためOsCBMIP (Oryza sativa CBM1 Interacting Protein) とした。OsCBMIPの機能を明らかにするため、イネ培養細胞を宿主としてリコンビナントOsCBMIPを作製し、その性質を調べた。その結果、(1) OsCBMIPはCBM1を有する多種の多糖分解酵素と結合する、(2) OsCBMIPとMoCel10A_CBM1との結合解離定数を決定した、(3) OsCBMIPがCBM1に結合することにより多糖分解酵素の酵素活性を阻害する、ことを明らかにした。CBM1は広く糸状菌が有するドメインであるため、植物はCBMIPを用いてCBM1を有する多糖分解酵素の酵素活性を阻害し、糸状菌に対する耐病性を向上させていることが推察された。
さらに、植物由来のThaumatinと結合するいもち病菌由来の3種類のタンパク質の同定に成功した。Thaumatinおよびいもち病菌由来の3種類のタンパク質のリコンビナントタンパク質の作製に成功したため、今後、これらのタンパク質レベルでの機能解析を行う。

Current Status of Research Progress

2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.

Reason

平成30年度(2018年度)の研究目標は、(1) OsCBMIPのタンパク質レベルでの機能解析（CBM1タンパク質との結合や酵素活性への影響）、(2) OsCBMIPの遺伝子変異イネの作製、(3) イネ由来のThaumatin と結合するいもち病菌由来のタンパク質の単離・同定、としていた。OsCBMIPのタンパク質レベルでの機能解析は終了し、今後、作製した遺伝子変異イネへのいもち病菌の感染実験を行い、OsCBMIPの耐病性への関与について明らかにする。また、イネ由来のThaumatinと結合するいもち病菌由来の3種類のタンパク質の同定にも成功した。これら3種類のタンパク質は機能未知のタンパク質であるため、機能解析を進めることにより新規な情報が得られると大いに期待している。これらの状況をふまえ、「おおむね順調に進展している」と判断した。

Strategy for Future Research Activity

平成30年度（2018年度）の研究は計画通りに進展したため、2019年度は計画通りに研究を実施する。
2019年度においては、(1) 作製したOsCBMIPの遺伝子変異イネの解析、(2) イネの外国品種やイネ以外の植物におけるCBMIP (CBM1と結合するタンパク質)の同定および機能解析、(3) イネ由来のThaumatin と結合するいもち病菌由来の3種類のタンパク質 (Thaumatin-binding proteins) の解析を実施する。
平成30年度 (2018年度)に実施したOsCBMIPの機能解析と本年度の(1) 作製したOsCBMIPの遺伝子変異イネの解析、の結果を学術論文として公表することを目標とする。また、Thaumatin-binding proteins の機能解析の結果を学術論文として公表することを目標とする。

Causes of Carryover

平成30年度において、補助金の大部分を試薬の購入および謝金（技術員の雇用）に費やした。年度末において購入が必要な試薬がなく、残額22,427円を次年度（2019年度）の試薬購入に使用することが適切である、と判断した。