2020 Fiscal Year Research-status Report

Functional analysis of a new AAA-ATPase gene in rice defense response

Research Project

Project/Area Number	19K06065
Research Institution	National Agriculture and Food Research Organization
Principal Investigator	姜昌杰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, 主席研究員 (80370659)
Project Period (FY)	2019-04-01 – 2022-03-31
Keywords	サリチル酸 / AAA-ATPase / いもち病 / イネ / 防御応答
Outline of Annual Research Achievements	(1) イネOsSSI2遺伝子の発現を抑制するとOsAAA-ATPase1の発現誘導と共にいもち病および白葉枯病に対する抵抗性が誘導される。そこで、OsAAA-ATPase1の過剰発現イネを用いて白葉枯病に対する抵抗性を調べたところ、有意な抵抗性が認められた。このことから、OsAAA-ATPase1 はイネ複合病害抵抗性に寄与していることが示唆された。 (2)　いもち病菌を接種した遺伝子組換えOsAAA-ATPase1-GFPイネの感染葉からタンパク質抽出とGFP抗体による免疫沈降を行い、ATPase酵素活性を測定した。その結果、感染時におけるOsAAA-ATPase1活性の顕著な病害応答性は見られなかった。今後タンパク質の精製度を上げる等の改善が必要と考えられる。 (3) OsAAA-ATPase1 を過剰発現（OsAAA-ATPase1-ox）または発現抑制（OsAAA-ATPase1-kd）した遺伝子組換えイネにいもち病菌接種し、12時間、1日および2日後に感染葉をサンプリングした。予備的ではあるが、感染2日後のサンプルについてRNA-seq解析を行った結果、MAPKやWRKY、熱ショック、PR等の防御関連遺伝子に加え、糖代謝や糖輸送に関わる遺伝子の発現がOsAAA-ATPase1 に依存して発現上昇していることがわかった。今後トランスクリプトーム変動を更に解析し、OsAAA-ATPase1による抵抗性活性化に関わる遺伝子転写制御ネットワークを明らかにする。 (4) SSI2は病害感受性遺伝子（S遺伝子）の一つとして複数の異なる病原菌に対する抵抗性を負に制御することから、抵抗性育種への利用が期待される。一方、SSI2が完全に欠損すると生育障害が生じる。そこで、イネ（コシヒカリ）の化学的突然変異体集団から生育障害が少ない新規抵抗性変異アレルの探索を行なった。合計１2の突然変異系統を解析した結果、SSI2欠損系統と比較して生育障害が大幅に改善し、かついもち病抵抗性を有する変異体を１系統選抜することができた。今後さらに探索を続け、育種素材として利用可能な系統を探索する。
Current Status of Research Progress	Current Status of Research Progress 3: Progress in research has been slightly delayed. Reason コロナ禍の影響により在宅勤務日が増え、植物育成や病原菌接種、経時的なサンプリングと解析等に必要な連続した勤務日数が取れなかったため、トランスクリプトーム解析にやや遅れが生じた。但し、サンプリングと一部のRNA-seqは完了済みであり、この遅れは次年度に取り戻すことが可能と考える。
Strategy for Future Research Activity	(1) AAA-ATPase ファミリータンパク質の多くは転写調節に関わっていることが報告されている。昨年度にOsAAA-ATPase1-ox および OsAAA-ATPase1-kdイネにいもち病菌接種し経時的にサンプリングした感染葉を用いてRNA-seq法によるトランスクリプトーム解析を行い、OsAAA-ATPase1 による抵抗性活性化に関わる遺伝子転写制御ネットワークを明らかにする。 (2) 上記トランスクリプトーム解析結果から、発現変動幅やそのパターン等から候補主導遺伝子を選抜し、サリチル酸シグナル伝達経路における発現誘導機構を明らかにするとともに、過剰発現や発現抑制した遺伝子組換え系統を作製し、いもち病感染時における機能を解析する。 (3) OsSSI2遺伝子は多くの異なる病原菌に対する抵抗性に関わっており、抵抗性育種への利用価値が高い。本年度も引き続きイネ化学的突然変異体集団からOsSSI2変異体の探索を行い、いもち病抵抗性を有し、かつ生育障害が少ない新規抵抗性変異アレルの選抜を行う。得られた変異体については、病害抵抗性や生育、収量等の評価を行い、育種素材としての有用性を確認する。
Causes of Carryover	次年度使用額が生じた理由：（１）コロナ禍による課題進行への影響が生じたため、実験補助員の雇用期間を大幅に短縮した。（２）参加を予定していた植物病理学会大会や分子生物学会がオンライン形式となったため、出張旅費の支払いが不要となった。次年度使用計画：（１）現在実施中のトランスクリプトーム解析を完了させる。（２）植物病理学会や分子生物学会に参加し、本課題研究の成果を発表するとともに関連研究の情報収集を行う。