Studies on chemical communication on host-selective toxins

• Project Area: Frontier research of chemical communications
• Project/Area Number: 17H06407
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research on Innovative Areas (Research in a proposed research area)
• Allocation Type: Single-year Grants
• Review Section: Science and Engineering
• Research Institution: Tohoku University
• Principal Investigator: 上田 実 東北大学, 理学研究科, 教授 (60265931)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 高岡 洋輔 東北大学, 理学研究科, 准教授 (80599762) ; 加治 拓哉 東北大学, 理学研究科, 助教 (80835520)
• Project Period (FY): 2017-06-30 – 2022-03-31
• Project Status: Granted (Fiscal Year 2021)
• Budget Amount: ¥76,180,000 (Direct Cost: ¥58,600,000、Indirect Cost: ¥17,580,000); Fiscal Year 2021: ¥15,600,000 (Direct Cost: ¥12,000,000、Indirect Cost: ¥3,600,000); Fiscal Year 2020: ¥15,600,000 (Direct Cost: ¥12,000,000、Indirect Cost: ¥3,600,000); Fiscal Year 2019: ¥15,600,000 (Direct Cost: ¥12,000,000、Indirect Cost: ¥3,600,000); Fiscal Year 2018: ¥15,600,000 (Direct Cost: ¥12,000,000、Indirect Cost: ¥3,600,000); Fiscal Year 2017: ¥13,780,000 (Direct Cost: ¥10,600,000、Indirect Cost: ¥3,180,000)
• Keywords: ジャスモン酸 / コロナチン / 立体異性体 / 受容体 / 宿主選択的毒素 / AK-トキシン / 宿主特異的毒素 / 化学プローブ / 標的選択性 / 天然物化学 / 植物毒素 / ケミカルバイオロジー / 生物活性天然物

Outline of Annual Research Achievements

植物毒素を用いる植物ー微生物間相互作用の解明を目的とする研究を行った。本年は、植物毒素コロナチンを親分子とする構造展開によって、植物ホルモン受容体のうち、植物の微生物感染耐性惹起に関与する受容体サブタイプを選択的に活性化する分子の開発に成功した。この分子をモデル植物シロイヌナズナに投与して行った網羅的遺伝子発現解析によって、これまで困難であった病原菌感染応答の分子機構の一端を解明することができた。また、通常では、植物の病原菌感染耐性は、植物の生長阻害とトレードオフの関係にあるが、本手法ではこれらを切り離して活性化できることが明らかになり、既存の遺伝学的手法と比較して、ケミカルバイオロジー手法の優れた点を示すことができた。本分子はｍ植物ホルモンのシグナル伝達の内の一部のみを選択的に活性化する一方で、遺伝子発現の抑制は歩と度起こさないことが明らかになった。これによって、植物の生長防御には、細胞壁の生合成を抑制する遺伝子群の発現が関与することが明らかになった。これらの成果は、現在論文として投稿準備を進めている。
また、宿主特異的毒素をベースとしたプローブ分子に関しては論文投稿のために必要なデータがそろい次第投稿を検討する。

Current Status of Research Progress

1: Research has progressed more than it was originally planned.

Reason

植物ホルモン受容体を選択的に活性化することで、植物ー微生物間の相互作用に関与する遺伝子群を網羅的に解析できるようになったことは大きな成果である。これまでの遺伝学では達成できなかった成果を、ケミカルバイオロジーによって達成できた点は、今後の研究の方向性に大きな影響をもつと考えている。

Strategy for Future Research Activity

今後は、植物ー微生物間の相互作用に関与する植物特殊代謝物の生合成に関与する植物ホルモン受容体の解明とそのシグナル伝達解明を可能とする分子技術の開発に注力する。植物ー微生物間相互作用には、防御応答関連タンパク質以外にも、ファイトアレキシンやグルコシノレートなどの植物が生産する小分子群が大きな役割を果たしている。これらの生産は、今回開発した分子では活性化されないため、新たな分子の開発が必要である。既に候補分子を見出しており、その作用機構解明を予定している。

Research Products

• [Int'l Joint Research] CNB-CSIC(スペイン)
• [Int'l Joint Research] マドリード自治大学(スペイン)
• [Int'l Joint Research] Madrid Autonoma university(Spain)
• [Int'l Joint Research] Warwick University(英国)
• [Journal Article] Protein?protein interactions between jasmonate-related master regulator MYC and transcriptional mediator MED25 depend on a short binding domain (2022)
  • Author(s): Takaoka Yousuke、Suzuki Kaho、Nozawa Akira、Takahashi Hirotaka、Sawasaki Tatsuya、Ueda Minoru
  • Journal Title: Journal of Biological Chemistry Volume: 298 Pages: 101504-101504
  • DOI: 10.1016/j.jbc.2021.101504
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Extended JAZ degron sequence for plant hormone binding in jasmonate co-receptor of tomato SlCOI1-SlJAZ (2021)
  • Author(s): Saito Rina、Hayashi Kengo、Nomoto Haruna、Nakayama Misuzu、Takaoka Yousuke、Saito Hiroaki、Yamagami Souhei、Muto Toshiya、Ueda Minoru
  • Journal Title: Scientific Reports Volume: 11 Pages: 13612-13612
  • DOI: 10.1038/s41598-021-93067-1
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Rational design of a stapled JAZ9 peptide inhibiting protein?protein interaction of a plant transcription factor (2021)
  • Author(s): Suzuki Kaho、Takaoka Yousuke、Ueda Minoru
  • Journal Title: RSC Chemical Biology Volume: 2 Pages: 499-502
  • DOI: 10.1039/d0cb00204f
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Deciphering OPDA signaling components in the momilactone-producing moss Calohypnum plumiforme (2021)
  • Author(s): Hideo Inagaki, Koji Miyamoto, Noriko Ando, Kohei Murakami, Koki Sugisawa, Shion Morita, Emi Yumoto, Miyu Teruya, Kenichi Uchida, Nobuki Kato, Takuya Kaji, Yousuke Takaoka, Yuko Hojo, Tomonori Shinya, Ivan Galis, Akira Nozawa, Tatsuya Sawasaki, Hideaki Nojiri, Minoru Ueda, Kazunori Okada
  • Journal Title: Front Plant Sci Volume: - Pages: 688565-688565
  • DOI: 10.3389/fpls.2021.688565
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Syntheses of dinor-cis/iso-12-oxo-phytodienoic acid (dn-cis/iso-OPDAs), ancestral jasmonate phytohormones of the bryophyte Marchantia polymorpha L., and their catabolites (2021)
  • Author(s): Wang Jianxin、Sakurai Haruka、Kato Nobuki、Kaji Takuya、Ueda Minoru
  • Journal Title: Sci. Rep. Volume: 11 Pages: 2033-2033
  • DOI: 10.1038/s41598-021-81575-z
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Scalable synthesis of (+)-coronafacic acid, (2020)
  • Author(s): N. Kato, S. Miyagawa, H. Nomoto, M. Nakayama, M. Iwashita, M. Ueda
  • Journal Title: Chirality Volume: 32 Pages: 423-430
  • DOI: 10.1002/chir.23172
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Stereoselective Syntheses of all the Possible Stereoisomers of Coronafacic Acid (2020)
  • Author(s): Watanabe Raku、Kato Nobuki、Hayashi Kengo、Tozawa Sho、Ogura Yusuke、Kuwahara Shigefumi、Ueda Minoru
  • Journal Title: ChemistryOpen Volume: 9 Pages: 1008-1017
  • DOI: 10.1002/open.202000210
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Hoechst-tagged Fluorescein Diacetate for Fluorescence Imaging-based Assessment of Stomatal Dynamics in Arabidopsis thaliana (2020)
  • Author(s): Y. Takaoka, S. Miyagawa, A. Nakamura, S. Egoshi, S. Tsukiji, M. Ueda
  • Journal Title: Scientific Reports Volume: 10 Pages: 5333-5333
  • DOI: 10.1038/s41598-020-62239-w
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] A comprehensive in vitro fluorescence anisotropy assay system for screening ligands of the jasmonate COI1-JAZ co-receptor in plants (2019)
  • Author(s): . Takaoka, K. Nagumo, I. N. Azizah, S. Oura, M. Iwahashi, N. Kato, M. Ueda
  • Journal Title: Journal of Biological Chemistry Volume: 294 Pages: 5074-5081
  • DOI: 10.1074/jbc.ra118.006639
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] N-myristoylation and S-acylation are common modifications of Ca2+-regulated Arabidopsis kinases and are required for activation of the SLAC1 anion channel (2018)
  • Author(s): Saito Shunya、Hamamoto Shin、Moriya Koko、Matsuura Aiko、Sato Yoko、Muto Jun、Noguchi Hiroto、Yamauchi Seiji、Tozawa Yuzuru、Ueda Minoru、Hashimoto Kenji、Koester Philipp、Dong Qiuyan、Held Katrin、Kudla Joerg、Utsumi Toshihiko、Uozumi Nobuyuki
  • Journal Title: New Phytol. Volume: 218 Pages: 1504-1521
  • DOI: 10.1111/nph.15053
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Ouabagenin is a naturally occurring LXR ligand without causing hepatic steatosis as a side effect. (2018)
  • Author(s): Tamura S., Okada M., Kato S., Shinoda Y., Shioda N., Fukunaga K., Ui-Tei K. and Ueda M*.
  • Journal Title: Sci. Rep. Volume: 8 Pages: 2305-2305
  • DOI: 10.1038/s41598-018-20663-z
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] The alkyne-tag Raman imaging of coronatine, a plant pathogen virulence factor, in Commelina communis and the possible mode of action (2018)
  • Author(s): M. Ueda, K. Hayashi, S. Egoshi, Y. Ishimaru, Y. Takaoka, K. Dodo, and M. Sodeoka
  • Journal Title: Org. Biomol. Chem. Volume: in press
  • DOI: 10.1039/c8ob00097b
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Noncanonical Function of a Small-Molecular Virulence Factor Coronatine against Plant Immunity: An In Vivo Raman Imaging Approach (2017)
  • Author(s): Ueda Minoru、Egoshi Syusuke、Dodo Kosuke、Ishimaru Yasuhiro、Yamakoshi Hiroyuki、Nakano Takeshi、Takaoka Yousuke、Tsukiji Shinya、Sodeoka Mikiko
  • Journal Title: ACS Central Science Volume: 3 Pages: 462-472
  • DOI: 10.1021/acscentsci.7b00099
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Presentation] ファイトケミカル天然物化学：ユニークな構造と生物学への展開 (2020)
  • Author(s): 上田実
  • Organizer: 日本化学会第100春期年会
  • Invited
• [Presentation] 然物を用いる植物ホルモンジャスモン酸類シグナル伝達機構の制御 (2019)
  • Author(s): 上田実
  • Organizer: 新学術領域「生合成リデザイン」第６回公開シンポジウム
  • Invited
• [Presentation] 天然物をベースとした植物ケミカルバイオロジー (2019)
  • Author(s): 上田実
  • Organizer: 日本ケミカルバイオロジー学会第14回年会
  • Invited
• [Presentation] 生物活性に着目した天然物研究：天然物ケミカルバイオロジーとは何か (2019)
  • Author(s): 上田実
  • Organizer: 第54回天然物化学談話会
  • Invited
• [Presentation] 微生物ー植物間コミュニケーションの天然物ケミカルバイオロジー (2019)
  • Author(s): 上田実
  • Organizer: 微生物ウィーク2019
  • Invited
• [Presentation] 生物時計と植物の就眠運動をつなぐイオンチャネルの時間制御 (2019)
  • Author(s): 上田実
  • Organizer: 第26回日本時間生物学会大会
  • Invited
• [Presentation] Plant Chemical Biology with Bioactive Natural Products (2017)
  • Author(s): Minoru Ueda,
  • Organizer: the International Symposium on Systems, Synthetic and Chemical Biology
  • Int'l Joint Research / Invited