2020 Fiscal Year Annual Research Report
Identification, functional analysis and application of host plant factors involved in susceptibility
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20H02995
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| Research Institution | Institute of Physical and Chemical Research |
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Principal Investigator |
浅井 秀太 国立研究開発法人理化学研究所, 環境資源科学研究センター, 上級研究員 (30723580)
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| Project Period (FY) |
2020-04-01 – 2023-03-31
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| Keywords | 罹病性遺伝子 / 植物病原菌間相互作用 / 病害防除 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
宿主植物と病原菌の関係においては、病原菌が標的とする、感染するために必要な宿主側の遺伝子（罹病性遺伝子）が存在する。罹病性遺伝子を欠損させた植物体には病原菌は感染することができないため、病害抵抗性に貢献しうる遺伝資源と期待される。そこで本研究では、順遺伝学的スクリーニング、および病原菌感染細胞特異的トランスクリプトーム解析を通して、新奇罹病性遺伝子を同定し、その機能を解析すると共に、有用作物への応用を目指す。
- これまでに、免疫不全シロイヌナズナ変異体を用いた、べと病菌、炭疽病菌、およびPseudomonas属菌に対する順遺伝学的スクリーニングにより、いくつかの抵抗性変異体が得られていた。その内、2つの変異体（Ha_13-1, Ps_1）については、原因遺伝子をすでに同定しており、その機能解析を進めている（後述参照）。他の抵抗性変異体について、戻し交配およびゲノムシーケンスにより原因遺伝子の特定を進めている。また、フザリウム属菌に対する抵抗性変異体のスクリーニングを開始した。
- これまでに、べと病菌が感染している細胞で特異的に発現が誘導されている宿主植物遺伝子を同定していた。これら宿主植物遺伝子は、べと病菌の標的遺伝子であり、新奇の罹病性遺伝子である可能性が高い。今年度、これら候補遺伝子の欠損および過剰発現シロイヌナズナを作製した。現在、べと病菌に対する抵抗性の評価を行っている。
- 順遺伝学的スクリーニングにより得られた抵抗性変異体の内、Ha_13-1は、DNAメチル基転移酵素遺伝子に変異が見られ、それにより抵抗性が付与されていると考えられる。トランスクリプトーム解析の結果、Ha_13-1では、防御関連遺伝子の発現誘導がより早く誘導されることがわかった。現在、ゲノムワイドなDNAメチル化解析を行っている。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
3: Progress in research has been slightly delayed.
Reason
新型コロナウイルス感染症の影響により、理化学研究所において入構制限などがあり、スクリーニングなど予定通りに進まない部分があった。
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| Strategy for Future Research Activity |
病原菌感染細胞特異的トランスクリプトーム解析により得られた罹病性遺伝子候補の欠損および過剰発現シロイヌナズナの作製が一通り達成できているので、まずは病原菌に対する抵抗性の評価を行う。欠損変異体で抵抗性、または過剰発現体にて罹病性の増進が確認された場合、つまり罹病性遺伝子候補が同定できた際には、病原菌との相互作用時における時空間的な細胞生物学的解析や分子遺伝学的解析を通して、遺伝子の機能に迫る。また、有用作物においてゲノム編集技術であるCRISPR 法を使用することで得られた罹病性遺伝子と相同性の高い遺伝子の変異体を作製し、作物における有用性の評価（病害抵抗性の評価）を行う。
順遺伝学的スクリーニングにより得られたHa_13-1およびPs_1は、それぞれDNAメチル基転移酵素遺伝子、およびサブチリシン様セリンプロテアーゼ（Subtilase : SBT）遺伝子に変異が見られ、それにより抵抗性が付与されていると考えられる。病原菌との相互作用時における、これら遺伝子の機能を明らかにする。具体的には、Ha_13-1では、防御関連遺伝子の発現誘導がより早く誘導されていることを見出しており、ゲノムワイドなDNAメチル化解析により、トランスクリプトーム解析の結果と合わせて、その下流遺伝子を明らかにする。SBT遺伝子については、これまでに、SBTのプロテアーゼ活性依存的に宿主植物の罹病性が増進していることを見出している。SBTは、分泌型のセリンプロテアーゼである。そこで、SBT過剰発現シロイヌナズナ由来の細胞間隙液が同様の表現型を示すかについて確認すると共に、細胞間隙液中のタンパク質パターンを解析し、SBTの基質を明らかにする。
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