2013 Fiscal Year Annual Research Report
アルタナリア病原菌の植物寄生性を決定するＣＤ染色体の進化的起源と成立機構
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23248007
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| Research Institution | Nagoya University |
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Principal Investigator |
柘植 尚志 名古屋大学, 生命農学研究科, 教授 (30192644)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
児玉 基一朗 鳥取大学, 農学部, 教授 (00183343)
花田 耕介 独立行政法人理化学研究所, 環境資源科学研究センター, 客員研究員 (50462718)
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| Project Period (FY) |
2011-04-01 – 2015-03-31
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| Keywords | 植物病理学 / 菌類 / 植物 / 遺伝子 / ゲノム |
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| Research Abstract |
糸状菌のCD（Conditionally Dispensable）染色体とは、生存、成育には必要ではないが、植物寄生など特定の生活環にのみ必要な染色体である。先に、宿主特異的毒素を生産するAlternaria alternata病原菌のうち、イチゴ黒斑病菌、リンゴ斑点落葉病菌、トマトアルターナリア茎枯病菌の毒素生合成遺伝子（TOX）クラスターが小型のCD染色体にコードされていること、さらにこれらCD染色体が同一起源であることを見出した。CD染色体の進化的起源と進化過程を探るために、今年度は主に以下の研究を実施した。
１．TOXクラスターの全貌解明（代表者柘植、分担者児玉）： 3病原菌の推定TOXクラスターに分布する機能未同定の遺伝子について、それらの変異株を作出して毒素生合成における機能を解析した。これまでの解析結果と合わせて、イチゴ菌、リンゴ菌、トマト菌のそれぞれ22個、12個、13個の遺伝子から成るTOXクラスターを同定した。
２．CD染色体の分子進化学的解析（共同）： イチゴ菌、リンゴ菌、トマト菌の全ゲノム情報の整備を進めた。これら3病原菌と他の糸状菌のゲノム情報に基づき、CD染色体の全遺伝子について相同遺伝子を網羅的に再検索し、それらの分子系統学的解析の準備を完了した。
国産および外国産の非病原性A. alternata菌株から、PCRによってCD染色体保存遺伝子を検出し、複数の保存遺伝子を保有する菌株を見出した。
(3) CD染色体のエピジェネティックス解析（共同）： Aspergillus nidulansのmethltransferaseをコードするLaeAは、第2次代謝をエピジェネティックに制御する。トマト菌からAaLAEAを単離し、トマト菌、イチゴ菌、リンゴ菌の遺伝子破壊株を作出した。破壊株ではコロニー形態の異常、毒素生産性と病原性の著しい低下が認められ、AaLAEAが形態形成、毒素生産および病原性を多面的に制御することが示唆された。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
当研究グループでは、CD染色体には共通な起源染色体が存在し、その染色体にそれぞれ異なる毒素の生産に必要なTOXクラスターが組み込まれたという、CD染色体の進化的起源と進化過程を想定している。昨年度までの予備的な分子系統学的解析から、イチゴ菌、リンゴ菌、トマト菌のCD染色体にコードされるTOX以外の多くの遺伝子が主要染色体遺伝子の重複によって、TOXの多くが水平移動によってそれぞれ成立した可能性を見出した。今年度は、推定TOXクラスターに分布する機能未同定の遺伝子の毒素生合成における機能を解析し、TOXクラスターの全貌解明をほぼ完了した。さらに、イチゴ菌、リンゴ菌、トマト菌のゲノムドラフト配列のアノテーションを進めるとともに、これら病原菌と他の糸状菌のゲノム情報からCD染色体遺伝子の相同遺伝子を網羅的に再検索し、CD染色体遺伝子さらにCD染色体の進化的起源を分子系統学的に検証するための準備を完了した。
また、国産および外国産の非病原性A. alternata菌株から、CD染色体の保存遺伝子を複数持つ菌株を見出し、非病原性菌株からの起源染色体の同定の可能性を示した。
さらに、他の糸状菌において第2次代謝をエピジェネティックに制御することが知られているLaeAの相同遺伝子（AaLAEA）を単離し、イチゴ菌、リンゴ菌、トマト菌の毒素生合成もAaLAEAによって制御されることを明らかにした。
以上のように、当初計画した研究の成果がほぼ順調に得られており、研究はおおむね順調に進展している。
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| Strategy for Future Research Activity |
イチゴ菌、リンゴ菌、トマト菌、非病原性A. alternata菌株のゲノム配列のアノテーションをさらに進め、ゲノム情報を整備する。イチゴ菌とリンゴ菌のCD染色体遺伝子については、これら病原菌と他の糸状菌のゲノム情報から相同遺伝子を網羅的に再検索し、相同遺伝子プロファイルの整備が完了した。この情報を用いた分子系統学的解析によって、CD染色体にコードされる各遺伝子の進化的起源と進化過程を検証する。また、水平移動によって成立したと推定されるTOX遺伝子群の起源を探る。
今年度見出したCD染色体の保存遺伝子を複数保有する非病原性A. alternata菌株について、保存遺伝子群の分布をさらに調査するとともに、パルスフィールド電気泳動によって、それら遺伝子が座上する染色体を特定し、起源染色体の同定を試みる。
これまでに、イチゴ菌とリンゴ菌のCD染色体の全遺伝子について、各種培地における転写レベルをリアルタイムRT-PCR法によって定量し、TOX遺伝子群の転写が毒素生産培地で同調的に誘導されることを明らかにしている。イチゴ菌のTOXクラスターには、糸状菌に特徴的なZn(II)2Cys6タイプの転写制御因子をコードするAFTRが存在する。これまでの研究から、AftRが他のTOX遺伝子群の転写を正に制御する毒素生産に不可欠な転写制御因子であることが示唆されている。今年度は、AFTRサイレンシング株とAFTR高発現株を用いて、AftR の機能を同定するとともに、TOX遺伝子群の同調的発現制御の分子進化機構について解析する。
次年度は最終年度であるため、得られた成果の学会発表を行うとともに、未発表の成果を原著論文として取りまとめる。
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[Journal Article] Complex regulation of secondary metabolism controlling pathogenicity in the plant pathogenic fungus Alternaria alternata2014
Author(s)
Takaoka, S., Kurata, M., Harimoto, Y., Hatta, R., Akimitsu, K., Yamamoto, M., and Tsuge, T.
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Journal Title
Ｎｅｗ Ｐｈｙｔｏｌｏｇｉｓｔ
Volume: 202
Pages: 1297-1309
DOI
Peer Reviewed / Open Access / Acknowledgement Compliant
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[Journal Article] Ethylene-responsive AP2/ERF transcription factor MACD1 participates in phytotoxin-triggered programmed cell death2013
Author(s)
Mase, K., Ishihama, N., Mori, H., Takahashi, H., Kaminaka, H., Kodama, M. and Yoshioka, H.
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Journal Title
Molecular Plant-Microbe Interactions
Volume: 26
Pages: 868-879
DOI
Peer Reviewed
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[Presentation] AaLAEA, a methyltransferase gene homolog, controls biosynthesis of secondary metabolites and pathogenicity in the multi pathotypes of Alternaria alternata2013
Author(s)
Tanao, K., Akagi, Y., Tsuge, T., Namba, E. and Kodama, M.
Organizer
The 10th International Congress of Plant Pathology
Place of Presentation
Beijing International Convention Center (Beijing, China)
Year and Date
20130825-20130830
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