Systemic defense gene priming via small RNA in plants

2023 Fiscal Year Final Research Report

• Project/Area Number: 20K15498
• Research Category: Grant-in-Aid for Early-Career Scientists
• Allocation Type: Multi-year Fund
• Review Section: Basic Section 38060:Applied molecular and cellular biology-related
• Research Institution: Rhelixa, Inc. (2022-2023); University of Tsukuba (2021); Nara Institute of Science and Technology (2020)
• Principal Investigator: Tajima Yuri 株式会社Rhelixa(研究開発部), 受託事業部, シニアサイエンティスト (80771154)
• Project Period (FY): 2020-04-01 – 2024-03-31
• Keywords: 植物免疫 / シロイヌナズナ / 防御応答 / 全身獲得抵抗性 / プライミング

Outline of Final Research Achievements

In plants, local defense activation at pathogen recognition sites leads to systemic acquired resistance (SAR). During SAR activation, subsets of defense-related genes are primed for faster and/or greater activation upon subsequent infection, a process known as systemic defense priming. Our previous research indicated that several epigenetic regulations might play a role in defense priming and SAR. To identify additional mechanisms underlying defense priming regulation, we conducted reverse genetics analysis using Arabidopsis mutant plants. We found that mutant plants with defects in small RNA biosynthesis exhibited lower defense priming, suggesting that the small RNA biosynthesis pathway positively regulates systemic defense priming. To identify the target genes primed in a small RNA-dependent manner, we are currently conducting transcriptome analysis using WT and mutant plants induced for systemic defense priming.

Free Research Field

植物病理学

Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements

食糧問題が取り沙汰される中、病原菌感染による農作物の減収は解決すべき重要な農業課題の一つである。古くから行われている対策の一つに、病害抵抗性遺伝子を標的とした育種があるが、その抵抗性はわずかな変異により打破されやすい。また、一般に防御応答を増強することにより、植物バイオマスが低下することが知られていることから、他の対策も必要になると考えられる。本研究で着目した防御応答のプライミングは、植物生長を維持しながら、必要な時に防御応答を増強・誘導可能であることから、有望な対策の一つとなりうる。プライミング制御に関わる分子基盤の一端を明らかにすることにより、持続可能な農業生産の一助になると考えられる。