Studies on molecular mechanism of effector-mediated establishment of host specificity in plant pathogens and their application

• Project/Area Number: 21H05032
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research (S)
• Allocation Type: Single-year Grants
• Review Section: Broad Section F
• Research Institution: Kyoto University
• Principal Investigator: 高野 義孝 京都大学, 農学研究科, 教授 (80293918)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 大木 進野 北陸先端科学技術大学院大学, ナノマテリアルテクノロジーセンター, 教授 (70250420) ; 尾瀬 農之 北海道大学, 先端生命科学研究院, 教授 (80380525)
• Project Period (FY): 2021-07-05 – 2026-03-31
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2024)
• Budget Amount: ¥165,360,000 (Direct Cost: ¥127,200,000、Indirect Cost: ¥38,160,000); Fiscal Year 2024: ¥31,720,000 (Direct Cost: ¥24,400,000、Indirect Cost: ¥7,320,000); Fiscal Year 2023: ¥31,720,000 (Direct Cost: ¥24,400,000、Indirect Cost: ¥7,320,000); Fiscal Year 2022: ¥31,720,000 (Direct Cost: ¥24,400,000、Indirect Cost: ¥7,320,000); Fiscal Year 2021: ¥38,480,000 (Direct Cost: ¥29,600,000、Indirect Cost: ¥8,880,000)
• Keywords: 植物病原菌 / 宿主特異性 / エフェクター / 炭疽病菌 / ウリ科作物 / 植物病原糸状菌 / 耐病性作物

Outline of Research at the Start

多くの植物病原菌の宿主特異性の成立には、エフェクターと総称される分泌タンパク質群が重要な役割を果たしていると推察されるが、その分子基盤は不明である。本研究では、先駆的に発見に成功している、宿主特異性成立に必須である病原菌エフェクターの解析を起点に、エフェクターを介した植物病原菌の宿主特異性成立の分子基盤を解明することを目的とする。さらに、本成果に基づき、エフェクターの戦略を遮断する、新たな耐病性作物の創出技術を開発する。

Outline of Annual Research Achievements

本年度は、まず、ウリ類炭疽病菌のウリ科作物への宿主特異性に関与するエフェクターEPC3について、その機能ドメインEPC3-NDの立体構造をNMR解析により決定した。さらに、決定したEPC3-NDの立体構造、および標的因子BIP5の立体構造情報をもとに、両因子の結合領域を予測し、その予測に基づき、BIP5に7アミノ酸の変異を導入した結果、EPC3-NDとBIP5の結合はキャンセルされた。一方、EPC3-NDとBIP5の結合は、植物細胞で共発現させたサンプルに対する共免疫沈降解析、および、酵母ツーハイブリッド解析で検出される一方、大腸菌で発現させたEPC3-NDを用いた場合、BIP5との結合は検出されなかった。さらに酵母細胞で発現させたEPC3-NDタンパク質を用いたアッセイでは結合が検出され、真核細胞におけるEPC3-NDの修飾などがBIP5との結合に関与する可能性が提示された。また、キュウリにおいて、エフェクターEPC3の標的であるBIP5をコードする遺伝子をウイルス誘導遺伝子サイレンシング（VIGS）によってノックダウンした結果、PAMP処理によって誘導される活性酸素生成の低下が観察された。また、EPC1の標的であるIOS1をコードする遺伝子をVIGSによってノックダウンした結果、やはりPAMP依存的活性酸素生成の低下が観察された。以上より、キュウリにおけるPAMP誘導免疫に両因子が関与することが強く示唆された。また、ウリ類炭疽病菌のウリ科作物への宿主特異性に関与する転写因子TFV1、TVL1、TVL2をコードする遺伝子破壊株の遺伝子発現解析により、新たな病原性エフェクター遺伝子候補を絞り込み、一部について遺伝子機能解析を実施し、その結果、ウリ科作物への宿主特異性に関与する新規エフェクター遺伝子EPC5およびEPC6の同定に成功した。

Research Progress Status

令和6年度が最終年度であるため、記入しない。

Strategy for Future Research Activity

令和6年度が最終年度であるため、記入しない。

Assessment Rating

Interim Assessment

A: 順調に研究が進展しており、期待どおりの成果が見込まれる

Research Products

• [Journal Article] Two homologous <scp>Z</scp>n₂<scp>C</scp>ys₆ transcription factors play crucial roles in host specificity of <i>Colletotrichum orbiculare</i> by controlling the expression of cucurbit‐specific virulence effectors (2025)
  • Author(s): Zhang Ru、Inoue Yoshihiro、Singkaravanit‐Ogawa Suthitar、Ogawa Taiki、Mise Kazuyuki、Mine Akira、Takano Yoshitaka
  • Journal Title: New Phytologist Volume: 246 Issue: 1 Pages: 237-250
  • DOI: 10.1111/nph.20426
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] A deletion in <scp><i>FLS2</i></scp> and its expansion after domestication caused global dissemination of melon cultivars defective in flagellin recognition (2024)
  • Author(s): Jin Chujia、Matsuo Hiroki、Nakayama Yoshizo、Shigita Gentaro、Inoue Yoshihiro、Kato Kenji、Takano Yoshitaka
  • Journal Title: The Plant Journal Volume: 119 Issue: 4 Pages: 1671-1684
  • DOI: 10.1111/tpj.16895
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Guanosine‐specific single‐stranded ribonuclease effectors of a phytopathogenic fungus potentiate host immune responses (2024)
  • Author(s): Kumakura Naoyoshi、Singkaravanit‐Ogawa Suthitar、Gan Pamela、Tsushima Ayako、Ishihama Nobuaki、Watanabe Shunsuke、Seo Mitsunori、Iwasaki Shintaro、Narusaka Mari、Narusaka Yoshihiro、Takano Yoshitaka、Shirasu Ken
  • Journal Title: New Phytologist Volume: 242 Issue: 1 Pages: 170-191
  • DOI: 10.1111/nph.19582
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Selective deployment of virulence effectors correlates with host specificity in a fungal plant pathogen (2023)
  • Author(s): Inoue Yoshihiro、Phuong Vy Trinh Thi、Singkaravanit‐Ogawa Suthitar、Zhang Ru、Yamada Kohji、Ogawa Taiki、Ishizuka Junya、Narusaka Yoshihiro、Takano Yoshitaka
  • Journal Title: New Phytologist Volume: 238 Issue: 4 Pages: 1578-1592
  • DOI: 10.1111/nph.18790
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Nonhost resistance and effectors in interactions between Colletotrichum species and plants (2023)
  • Author(s): Takano Yoshitaka、Inoue Yoshihiro、Zhang Ru、Singkaravanit-Ogawa Suthitar、Matsuo Hiroki、Ogawa Taiki、Jin Chujia
  • Journal Title: Physiological and Molecular Plant Pathology Volume: 125 Pages: 101982-101982
  • DOI: 10.1016/j.pmpp.2023.101982
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] The establishment of multiple knockout mutants of Colletotrichum orbiculare by CRISPR-Cas9 and Cre-loxP systems (2023)
  • Author(s): Yamada Kohji、Yamamoto Toya、Uwasa Kanon、Osakabe Keishi、Takano Yoshitaka
  • Journal Title: Fungal Genetics and Biology Volume: 165 Pages: 103777-103777
  • DOI: 10.1016/j.fgb.2023.103777
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Recognition of pathogen-derived sphingolipids in <i>Arabidopsis</i> (2022)
  • Author(s): Kato H.、Nemoto K.、Shimizu M.、Abe A.、Asai S.、Ishihama N.、Matsuoka S.、Daimon T.、Ojika M.、Kawakita K.、Onai K.、Shirasu K.、Yoshida M.、Ishiura M.、Takemoto D.、Takano Y.、Terauchi R.
  • Journal Title: Science Volume: 376 Issue: 6595 Pages: 857-860
  • DOI: 10.1126/science.abn0650
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Fungal effector SIB1 of Colletotrichum orbiculare has unique structural features and can suppress plant immunity in Nicotiana benthamiana (2021)
  • Author(s): Zhang Ru、Isozumi Noriyoshi、Mori Masashi、Okuta Ryuta、Singkaravanit-Ogawa Suthitar、Imamura Tomohiro、Kurita Jun-Ichi、Gan Pamela、Shirasu Ken、Ohki Shinya、Takano Yoshitaka
  • Journal Title: Journal of Biological Chemistry Volume: 297 Issue: 6 Pages: 101370-101370
  • DOI: 10.1016/j.jbc.2021.101370
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Arabidopsis <i>CURLY LEAF</i> functions in leaf immunity against fungal pathogens by concomitantly repressing <i>SEPALLATA3</i> and activating <i>ORA59</i> (2021)
  • Author(s): Singkaravanit‐Ogawa Suthitar、Kosaka Ayumi、Kitakura Saeko、Uchida Kotaro、Nishiuchi Takumi、Ono Erika、Fukunaga Satoshi、Takano Yoshitaka
  • Journal Title: The Plant Journal Volume: 108 Issue: 4 Pages: 1005-1019
  • DOI: 10.1111/tpj.15488
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Multiple <i>Colletotrichum</i> species commonly exhibit focal effector accumulation in a biotrophic interface at the primary invasion sites in their host plants (2021)
  • Author(s): Ogawa Taiki、Chen Jinlian、Mise Kazuyuki、Takano Yoshitaka
  • Journal Title: Plant Signaling & Behavior Volume: 16 Issue: 10 Pages: 1935604-1935604
  • DOI: 10.1080/15592324.2021.1935604
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Presentation] Two transcriptional factors are crucial for host specifity of Colletotrichum orbiculare by regulating cucurbit-specific effectors. (2025)
  • Author(s): Ru Zhang, Kazuyuki Mise, Akira Mine and Yoshitaka Takano
  • Organizer: The 5th Korea-Japan Joint Symposium on Plant Pathology
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Identification and characterization of CmCERK1 required for chitin-triggered ROS generation in melon (2025)
  • Author(s): Suen Chun Yu, Hiroki Matsuo, Chujia Jin, Kazuyuki Mise, Akira Mine, Yoshitaka Takano
  • Organizer: The 5th Korea-Japan Joint Symposium on Plant Pathology
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] ウリ類炭疽病菌の病原性エフェクターに着目したメロン免疫因子同定の順遺伝学アプローチ (2025)
  • Author(s): 松尾宏樹、小川泰生、小川スティター、晋楚佳、井上喜博、吉岡洋輔、三瀬和之、峯彰、高野義孝
  • Organizer: 令和7年度 日本植物病理学会大会
• [Presentation] ウリ類炭疽病菌の病原性エフェクターEPC3と標的因子CuBIP5の相互作用研究 (2025)
  • Author(s): 廣川 量、碓井 拓哉、小川 スティター、許 喆、大木 進野、高野 義孝、尾瀬 農之
  • Organizer: 令和7年度 日本植物病理学会大会
• [Presentation] Molecular battles between Colletotrichum orbiculare and cucurbits (2024)
  • Author(s): Yoshitaka Takano
  • Organizer: Asian Conference on Plant Pathology 2024
  • Int'l Joint Research / Invited
• [Presentation] Occurrence of a deletion in FLS2 and its expansion after domestication caused global dissemination of melon cultivars defective in flagellin recognition. (2024)
  • Author(s): Chujia Jin, Hiroki Matsuo, Yoshizo Nakayama, Gnetaro Shigita, Yoshihiro Inoue, Kenji Kato , Yoshitaka Takano.
  • Organizer: Asian Conference on Plant Pathology 2024
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Selective deployment of virulence effectors shapes host specificity in a fungal plant pathogen Colletotrichum orbiculare (2023)
  • Author(s): Yoshitaka Takano
  • Organizer: 2023 IS-MPMI CONGRESS
  • Int'l Joint Research / Invited
• [Presentation] Identification of a watermelon resistance gene against Colletotrichum orbiculare by bulked segregant analysis and gene transfer to cucumber (2023)
  • Author(s): Chujia Jin, Yoshihiro Inoue, Suthitar Singkaravanit-Ogawa, Akihito Kano2, Anthony P. Keinath, Akira Abe, Ryohei Terauchi, Yoshitaka Takano
  • Organizer: 2023 IS-MPMI CONGRESS
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Two homologous transcription factors play critical roles for host specificity of Colletotrichum orbiculare on cucurbits via controlling effector expression (2023)
  • Author(s): Ru Zhang, Yoshihiro Inoue, Taiki Ogawa, Akira Mine, Kazuyuki Mise, Yoshitaka Takano
  • Organizer: 2023 IS-MPMI CONGRESS
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] エフェクターに基づくウリ類炭疽病菌の宿主特異性成立の分子機構研究とその応用展開 (2023)
  • Author(s): 高野義孝
  • Organizer: 日本育種学会 第144回講演会
  • Invited
• [Presentation] Two homologous Zn2Cys6 transcription factors play crucial roles in host specificity of Colletotrichum orbiculare by controlling the expression of cucurbit-specific virulence effector (2023)
  • Author(s): Ru Zhang, Kazuyuki Mise, Akira Mine and Yoshitaka Takano
  • Organizer: 令和6年度日本植物病理学会大会
• [Presentation] Loss of CmFLS2 and subsequent expansion after domestication have generated commercial cultivars defective in flagellin recognition (2023)
  • Author(s): Chujia Jin, Hiroki Matsuo, Yoshizo Nakayama, Gentaro Shigita, Yoshihiro Inoue, Kenji Kato, and Yoshitaka Takano1
  • Organizer: 令和6年度日本植物病理学会大会
• [Presentation] nlp24 ペプチドがシロイヌナズナにおいて活性化する免疫応答には, BAK1 依存的な経路と非依存的な経路が存在する (2023)
  • Author(s): 大野 恵梨佳、加藤 大明、小内清、峯 彰、三瀬 和之、寺内 良平、白須 賢、高野義孝
  • Organizer: 令和6年度日本植物病理学会大会
• [Presentation] ウリ類炭疽病菌の分泌型リボヌクレアーゼは宿主植物の免疫反応を増強する (2023)
  • Author(s): 熊倉直祐、Suthitrar Ogawa, Pamela Gan, 津島綾子、石濱伸明、渡邊俊介、瀬尾光範、岩崎信太郎、鳴坂真理、鳴坂義弘、高野義孝、白須賢
  • Organizer: 令和6年度日本植物病理学会大会
• [Presentation] 植物病原菌エフェクターEPC3のNMR解析 (2023)
  • Author(s): XU Zhe, 高野義孝、大木進野
  • Organizer: 第62回 NMR討論会
• [Presentation] 廣川 量，碓井 拓哉，大木 進野，高野 義孝，尾瀬 農之 (2023)
  • Author(s): ウリ科植物の免疫を阻害するエフェクタータンパク質と標的因子の 相互作用機構の解明
  • Organizer: 第23回日本蛋白質科学会年会
• [Presentation] ウリ類炭疽病菌の病原性に関与するエフェクターEPC1の解析 (2022)
  • Author(s): 氏松蓮・井上喜博・Trinh Thi Phuong Vy・Singkaravanit-Ogawa Suthitar・西内巧・峯彰・三瀬和之・高野義孝
  • Organizer: 令和4年度日本植物病理学会関西部会（高知市高知会館）
• [Presentation] ウリ類炭疽病菌の宿主特異性に関与するエフェクター候補の探索：アオイ科植物炭疽病菌およびアルファルファ炭疽病菌との比較解析 (2022)
  • Author(s): 小川泰生・井上喜博・松尾宏樹・久保康之・峯彰・三瀬和之・高野義孝
  • Organizer: 令和4年度日本植物病理学会関西部会（高知市高知会館）
• [Presentation] 異なる不適応型炭疽病菌を用いたシロイヌナズナの非宿主抵抗性の研究 (2022)
  • Author(s): 太田慶明・Singkaravanit-Ogawa Suthitar・峯彰・三瀬和之・高野義孝
  • Organizer: 令和4年度日本植物病理学会関西部会（高知市高知会館）
• [Presentation] Host specificity and effector in Colletotrichum fungi (2022)
  • Author(s): Takano Y
  • Organizer: 12th Japan-US Seminar in Plant Pathology (Cornell University, Ithaca, NY)
  • Int'l Joint Research / Invited
• [Presentation] Identification of a watermelon resistance gene against Colletotrichum orbiculare by bulked segregant analysis and gene transfer to cucumber (2022)
  • Author(s): Jin C, Inoue Y, Singkaravanit-Ogawa S, Kano A, Keinath AP, Abe A, Terauchi R, Takano Y
  • Organizer: 12th Japan-US Seminar in Plant Pathology (Cornell University, Ithaca, NY)
  • Int'l Joint Research