| Project/Area Number |
24H00010
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| Research Category |
Grant-in-Aid for Specially Promoted Research
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| Allocation Type | Single-year Grants |
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| Review Section |
Biological Sciences
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| Research Institution | Kyoto University |
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Principal Investigator |
寺内 良平 京都大学, 農学研究科, 教授 (50236981)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
藤崎 恒喜 公益財団法人岩手生物工学研究センター, 園芸資源研究部, 主任研究員 (30626510)
堺 俊之 京都大学, 農学研究科, 助教 (50911682)
根本 圭一郎 公益財団法人岩手生物工学研究センター, 園芸資源研究部, 主席研究員 (60566727)
安達 広明 京都大学, 白眉センター, 特定准教授 (60909513)
竹田 匠 公益財団法人岩手生物工学研究センター, ゲノム育種研究部, 主任研究員 (80423036)
阿部 陽 公益財団法人岩手生物工学研究センター, ゲノム育種研究部, 研究部長 (80503606)
清水 元樹 公益財団法人岩手生物工学研究センター, ゲノム育種研究部, 主任研究員 (90734343)
足助 聡一郎 神戸大学, 農学研究科, 助教 (90882514)
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| Project Period (FY) |
2024-04-01 – 2029-03-31
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| Project Status |
Granted (Fiscal Year 2025)
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| Budget Amount *help |
¥630,370,000 (Direct Cost: ¥484,900,000、Indirect Cost: ¥145,470,000)
Fiscal Year 2025: ¥97,500,000 (Direct Cost: ¥75,000,000、Indirect Cost: ¥22,500,000)
Fiscal Year 2024: ¥240,370,000 (Direct Cost: ¥184,900,000、Indirect Cost: ¥55,470,000)
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| Keywords | イネ / いもち病 / 抵抗性遺伝子 / 感染性 / 共進化 / いもち病菌 / エフェクター / NLR |
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| Outline of Research at the Start |
病害は、農作物の重大な脅威である。イネ栽培においては、いもち病防除が最重要課題である。病原菌は、様々なエフェクター分子を分泌して植物細胞内外に作用させ、宿主作物の抵抗性や代謝を操作して感染する。一方、植物は、細胞内受容体タンパク質(NLR)によりエフェクターを認識して抵抗性を発揮する。本研究では、病原菌エフェクターの宿主標的因子の解明、NLRによるエフェクター認識機構解明、NLRの活性化機構の解明、NLRの認識特異性の拡大に関するエンジニアリングを実施し、これらのNLR生物学の知見に基づき、持続性のある抵抗性品種を育成する。
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| Outline of Annual Research Achievements |
作物生産において、病害は重大な脅威である。イネ栽培にとっては、いもち病防除が最重要課題である。病原菌は、エフェクター分子を分泌して植物細胞内外に作用させ、宿主作物の抵抗性や代謝を操作して感染を成立させる。一方、植物は、Nucleotide-binding Leucine-rich repeat (NLRs) 型受容体タンパク質によりエフェクターを認識して、細胞死を伴う過敏感反応 (Hypersensitive Response: HR) により抵抗性を発揮する。いもち病菌ゲノムには約1,000種類のエフェクター遺伝子、イネゲノムには約400個のNLR遺伝子がコードされている。申請者等は、イネ耐病性増強の目的で、いもち病菌-イネ相互作用の研究を展開し、エフェクターとNLRの分子間相互作用を明らかにしてきた。本申請では、この基盤の上に、植物に抵抗性を誘導するエフェクター(非病原力エフェクター: Avirulence effector = AVR)を大規模に同定し、それらを認識するイネNLRを高効率な順遺伝学的解析により多数同定して、AVR -宿主標的因子、AVR - NLRの相互作用の分子機構を解明して体系化する。本研究の成功により、植物病原菌エフェクターと植物標的タンパク質、エフェクターと植物NLRの分子間相互作用の一般原理が明らかになり、急速に進化する病原菌に対して持続的に抵抗性を示す作物の育成が可能となる。2024年度は、病原菌エフェクターの大量クローン化、AVR同定パイプラインの整備、NLR同定の準備を進めた。
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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
（1）植物病原菌エフェクター遺伝子のスクリーンを大規模に実施し、537個の候補エフェクター遺伝子をクローン化した。これらを順次イネいもち病菌に導入し、多数のイネ系統に接種することで、これまでに10個の非病原力エフェクター(AVR)を同定した。
（2） (1)のAVRを認識するNLR遺伝子を同定するためのイネ分離集団の作成を開始した。
（3）本研究助成で導入した質量分析計を活用し、(1)で同定したAVRの宿主相互作用因子を同定して、エフェクター標的ハブ(hub)因子を解明するための実験基盤を確立した。過去に単離済みのいもち病菌AVR-Pikが標的とするイネsHMAタンパク質について詳細な解析を進め、論文公表した(Oikawa et a. 2024)。さらに、いもち病菌MAXエフェクターとイネsHMAタンパク質の相互作用についてAlphaScreen法を利用した網羅的解析を進めた。
（4）2組のAVR-NLRについて、その高次構造、抵抗性誘導機構の解明を開始した。
（5）NLRとIDをエンジニアして、多様な植物病原菌エフェクターを認識できるNLRを発現する作物を作出する準備を開始した。
（6）病原菌Field genomicsとNLRピラミッドにより、持続的抵抗性を示すイネ系統を育成する準備を開始した。
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| Strategy for Future Research Activity |
(1)植物病原菌エフェクター遺伝子のスクリーンを大規模に実施し、総計2,000個の候補エフェクター遺伝子をクローン化する。これらを順次イネいもち病菌に導入し、多数のイネ系統に接種することにより、より多くの非病原力エフェクター(AVR)を同定する。さらに、イネプロトプラストを用いた一過的遺伝子発現系により細胞死を誘導するエフェクター遺伝子をAVR遺伝子として同定する。2025年度内に総計50個のAVR遺伝子を同定する。
（2）2025年度内に (1)のAVRを認識するNLR遺伝子を10遺伝子同定する。
（3）(1)で同定したAVRの宿主側の相互作用因子を同定し、エフェクター標的ハブ(hub)因子を解明する。
（4）新規に同定されるAVR-NLRについて、その高次構造、抵抗性誘導機構の解明を開始する。
（5）NLRとIDをエンジニアして、多様な植物病原菌エフェクターを認識できるNLRを発現するイネの作出を開始する。
（6）病原菌Field genomicsとNLRピラミッドにより、持続的抵抗性を示すイネ系統育成を継続する。
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