植物免疫に関わるイネキチンエリシター受容体の構造と機能に関する研究

2013 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 22570052
• Research Institution: Meiji University
• Principal Investigator: 賀来 華江 明治大学, 農学部, 教授 (70409499)
• Project Period (FY): 2010-04-01 – 2014-03-31
• Keywords: イネ / キチン受容体 / MAMP / キチンオリゴ糖 / CEBiP / OsCERK1 / 防御応答 / 過剰発現

Research Abstract

既知のシロイヌナズナCERK1のX線構造解析の情報に基づいて、CEBiPの分子モデリングを行った。その結果CEBiPにおいても、CERK1と同様に中央に位置するLysMドメインが糖リガンドの結合に重要な役割を持つことを確認した。またCEBiP分子とキチンリガンドとのドッキングシミュレーション解析を行った結果、このLysMドメイン上にはN‐アセチルグルコサミン4量体中の3個の糖残基が入り込む空間があることを明らかにした。我々はこの分子モデリングの解析から、CEBiPのリガンド結合に関わる5つのアミノ酸残基を推測し、それぞれのアミノ酸残基をアラニン残基に置換した変異体タンパク質をベンサミアナタバコで発現させ、これらの発現タンパク質のキチンリガンドに対する結合活性の挙動を親和性標識実験で調べた。その結果、CEBiPの122番目のイソロイシン残基をアラニン残基に置換した発現タンパク質のみが、キチンに対する結合性を失っていた。　一方、イソロイシン残基をロイシン残基やバリン残基に置換したCEBiP変異体は、キチンリガンドへの結合能力を保持し、CEBiPのキチンの認識にはアミノ酸残基の鎖長が影響することを明らかにした。
一方、ユニークなキチンオリゴ糖（(GlcN-GlcNAc)4）によるイネ細胞におけるキチン誘導型活性酸素の生成の阻害、及び大腸菌発現系で作成したCEBiPの限定された細胞外領域の発現タンパク質を用いるSTD-NMR法によるリガンドのエピトップマッピング、光散乱法によるCEBiPの二量体複合体形成の種々の解析結果を合わせることにより、CEBiPはキチンリガンドをサンドイッチ型に挟むことにより、イネのキチンシグナル応答系の開始が誘導されることを明らかにした。
この成果は、イネ持つキチン系の防御応答系の起点を示した最初のものであり、今後この研究の継続により、防御応答系の全貌が明らかになり、免疫力を高めた病害抵抗性の強い作物の開発につながることが期待できる。

Current Status of Research Progress

Reason

25年度が最終年度であるため、記入しない。

Strategy for Future Research Activity

25年度が最終年度であるため、記入しない。

Research Products

• [Journal Article] CEBiP is the major chitin oligomer-binding protein in rice and plays a main role in the perception of chitin oligomers (2014)
  • Author(s): Y. Kouzai, K. Nakajima, M. Hayafune, K. Ozawa, H. Kaku, N. Shibuya, E. Minami, Y. Nishizawa
  • Journal Title: Plant Mol. Biol. Volume: 84 Pages: 519–528
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Chitin-induced activation of immune signaling by the rice receptor CEBiP relies on a unique sandwich-type dimerization (2014)
  • Author(s): M. Hayafunea, R. Berisiob, R. Marchettic, A. Silipoc, M. Kayamaa, Y. Desakia, S. Arimaa, F. Squegliab, A. Ruggierob, K. Tokuyasud, A. Molinaroc, H. Kaku, N. Shibuya
  • Journal Title: Proc. Natl. Acad. Sci. USA Volume: 111 Pages: E404-E413
  • Peer Reviewed
• [Presentation] イネキチン受容体CEBiPのリガンド認識機構 (2014)
  • Author(s): 早船真広、出﨑能丈、加山実祐、谷本匠、R. Berisio, R. Marchetti, A. Silipo, F. Squeglia, A. Ruggiero, 徳安健, Antonio Molinaro, 渋谷直人、賀来華江
  • Organizer: 第55回日本植物生理学会年会
  • Place of Presentation: 富山大学
  • Year and Date: 20140318-20140320
• [Presentation] シロイヌナズナキチン受容体キナーゼCERK1のリン酸化部位の機能解析 (2014)
  • Author(s): 島田日加瑠、元山記子、渋谷匡俊、中島正登、鈴木丸陽、賀来華江、渋谷直人
  • Organizer: 第55回日本植物生理学会年会
  • Place of Presentation: 富山大学
  • Year and Date: 20140318-20140320
• [Presentation] 大腸菌発現タンパク質を用いたシロイヌナズナキチン受容体CERK1キナーゼドメインの機能解析 (2014)
  • Author(s): 鈴木丸陽、須藤健吉、藤本瑞、大西美帆子、紀藤圭治、賀来華江、渋谷直人
  • Organizer: 第55回日本植物生理学会年会
  • Place of Presentation: 富山大学
  • Year and Date: 20140318-20140320
• [Presentation] CERK1と相互作用するE3ユビキチンリガーゼの機能解析 (2014)
  • Author(s): 出崎能丈、十文字純一、竹田順、鈴木丸陽、中島正登、高橋昌平、八嶋航平、賀来華江、渋谷直人
  • Organizer: 第55回日本植物生理学会年会
  • Place of Presentation: 富山大学
  • Year and Date: 20140318-20140320
• [Presentation] 植物のキチンエリシターを介した病原菌認識機構 (2014)
  • Author(s): 賀来華江、Rita Berisio、Antonio Molinaro、渋谷直人
  • Organizer: 第55回日本植物生理学会年会
  • Year and Date: 20140318-20
  • Invited
• [Presentation] MAMPsシグナリングにおける受容体様細胞質キナーゼAtRLCK1の機能解析 (2013)
  • Author(s): 新屋友規, 山口公志, 出﨑能丈, 成澤知子, 前田佳菜子, 小林佳弘, 鈴木丸陽, 谷本匠, 竹田潤, 船間亮汰, 山田健太, 鳴坂真理, 鳴坂義弘, 賀来華江, 川﨑努, 渋谷直人
  • Organizer: 平成25年度 植物病理学会 関西部会
  • Place of Presentation: 岡山大学
  • Year and Date: 20130926-20130927
• [Presentation] 植物キチン受容体のリガンド認識，活性化とシグナル伝達 (2013)
  • Author(s): 渋谷直人、賀来華江
  • Organizer: 平成25年度植物感染生理談話会
  • Place of Presentation: 粟津温泉（石川）
  • Year and Date: 20130819-20130821
  • Invited
• [Presentation] イネLysM型受容体CEBiPの2量体形成がキチン防御応答系の起動に重要である (2013)
  • Author(s): 早船真広、出﨑能丈、加山実祐、R. Berisio, R. Marchetti, A. Silipo, F. Squeglia, A. Ruggiero, 徳安健, A. Molinaro, 渋谷直人、賀来華江
  • Organizer: 平成25年度植物感染生理談話会
  • Place of Presentation: 粟津温泉（石川）
  • Year and Date: 20130819-20130821
• [Presentation] イネ原形質膜上におけるキチンエリシター受容体の特性解析 (2013)
  • Author(s): 岡本和樹、佐藤洋輔、早船真広、澁谷直人、賀来華江
  • Organizer: 平成25年度植物感染生理談話会
  • Place of Presentation: 粟津温泉（石川）
  • Year and Date: 20130819-20130821
• [Presentation] ベンサミアナタバコ発現系を利用したCERK1の機能解析 (2013)
  • Author(s): 中島正登、田中優太、大西美帆子、紀藤圭治、賀来華江、渋谷直人
  • Organizer: 平成25年度植物感染生理談話会
  • Place of Presentation: 粟津温泉（石川）
  • Year and Date: 20130819-20130821
• [Presentation] シロイヌナズナキチン受容体キナーゼCERK1のリン酸化部位の機能解析 (2013)
  • Author(s): 渋谷匡俊、島田日加瑠、鈴木丸陽、元山記子、大西美帆子、紀藤圭治、賀来華江、渋谷直人
  • Organizer: 平成25年度植物感染生理談話会
  • Place of Presentation: 粟津温泉（石川）
  • Year and Date: 20130819-20130821
• [Presentation] Ligand recognition, autophosphorylation and signaling by plant chitin receptors (2013)
  • Author(s): Naoto Shibuya, Hanae Kaku, Tomonori Shinya, Keiji Kito, Noriko Motoyama, Masahiro Hayafune, Rita Berisio, Alba Silipo, Antonio Molinaro, Koji Yamaguchi, Tsutomu Kawasaki.
  • Organizer: KEYSTONE SYMPOSIA Plant immunity: Pathways and Translation
  • Place of Presentation: ビッグスカイリゾート・米国
  • Year and Date: 20130407-20130412
  • Invited
• [Presentation] Overexpression of rice chitin elicitor receptor kinase OsCERK1 improved immune responses in rice (2013)
  • Author(s): Yoshitake Desaki, Kenji Nakamichi, Ippei Otomo, Hiroko Nakatani, Tomoko Narisawa, Yusuke Kouzai, Nobuyo Aoyagi, Yoko Nishizawa, Eiichi Minami, Hanae Kaku, Naoto Shibuya
  • Organizer: KEYSTONE SYMPOSIA Plant immunity: Pathways and Translation
  • Place of Presentation: ビッグスカイリゾート・米国
  • Year and Date: 20130407-20130412
• [Presentation] Functional analysis of LysM domains in rice chitin receptors (2013)
  • Author(s): Masahiro Hayafune, Miyu Kayama, Kota Kamiya, Sakiko Arima, Tomonori Shinya, Rita Berisio, Naoto Shibuya, Hanae Kaku
  • Organizer: KEYSTONE SYMPOSIA Plant immunity: Pathways and Translation
  • Place of Presentation: ビッグスカイリゾート・米国
  • Year and Date: 20130407-20130412
• [Book] 植物キチン受容体のリガンド認識，活性化とシグナル伝達、 (2013)
  • Author(s): 渋谷直人、賀来華江
  • Total Pages: 1-7
  • Publisher: 植物感染生理談話会論文集