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 2020)
• 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 / 宿主特異的毒素 / 化学プローブ / 受容体 / 標的選択性 / AK-トキシン / コロナチン / 宿主選択的毒素 / 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

移動することのできない植物は、外部環境の変化に対応するための多様な環境応答機構を有している。このため、植物の生活環には、化学コミュニケーションが関与する重要な研究課題が未解決のまま山積している。特に植物は、病原性微生物などの外敵との間に、各種の化学物質が介在する化学コミュニケーションを発達させている。世界における農作物予定収穫量の15％は病害によって失われていることを考えると、植物－微生物間コミュニケーションの理解は、病害に対する植物の防御応答強化につながり、食糧資源の増産に大きく寄与すると期待される。本研究では、植物病原菌が特定の植物種にのみ病害を引き起こすユニークな生物現象に着目し、その原因分子である天然物リガンド 植物毒素ならびに宿主選択的毒素（HST: host-selective toxin）をツールとするケミカルバイオロジーにより、その分子標的ならびに作用機序を解明する事を目的としている。
本年度は、HSTの基本骨格であるのエポキシトリエンカルボン酸の合成的供給に成功し、これを基に化合物ライブラリーを構築した。この中から、宿主選択性がモデル植物であるイネへと変化した毒素分子を見いだすことに成功した。この化合物は、今後HSTの作用機構解析を可能とするプローブ分子として使用できると考えられる。また、天然物リガンド 植物毒素に関しても各種の分子プローブを合成し、その複数の作用の中から有用な作用のみを活性化できることを見いだした。

Current Status of Research Progress

2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.

Reason

エポキシトリエンカルボン酸の合成的供給ににより化合物ライブラリーを構築し、宿主選択性のスイッチングに成功したことは大きな成果である。また、天然物リガンド 植物毒素に関しても各種の分子プローブを合成し、その複数の作用の中から有用な作用のみを活性化でき、今後の研究展開に道を開いた。

Strategy for Future Research Activity

今後は、開発したプローブ分子を用いて、ROS発生機構、病原性決定に関与する因子の探索などの作用機構解析を行う。また、植物毒素コロナチンに関しては、植物免疫機構の制御因子としての活性チューニングと、それを用いる植物病原菌間相互作用に関与する遺伝子群の探索に必要な化学ツールの開発を行う。

Research Products

• [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(England)
• [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] 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