植物宿主特異的毒素における化学コミュニケーションの理解と制御

• 研究領域: 化学コミュニケーションのフロンティア
• 研究課題/領域番号: 17H06407
• 研究種目: 新学術領域研究(研究領域提案型)
• 配分区分: 補助金
• 審査区分: 理工系
• 研究機関: 東北大学
• 研究代表者: 上田 実 東北大学, 理学研究科, 教授 (60265931)
• 研究分担者: 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)
• 研究期間 (年度): 2017-06-30 – 2022-03-31
• 研究課題ステータス: 完了 (2022年度)
• 配分額: 76,180千円 (直接経費: 58,600千円、間接経費: 17,580千円); 2021年度: 15,600千円 (直接経費: 12,000千円、間接経費: 3,600千円); 2020年度: 15,600千円 (直接経費: 12,000千円、間接経費: 3,600千円); 2019年度: 15,600千円 (直接経費: 12,000千円、間接経費: 3,600千円); 2018年度: 15,600千円 (直接経費: 12,000千円、間接経費: 3,600千円); 2017年度: 13,780千円 (直接経費: 10,600千円、間接経費: 3,180千円)
• キーワード: 植物ホルモン / ジャスモン酸 / 受容体 / 遺伝的冗長性 / 立体異性体 / アゴニスト / 宿主選択的毒素 / AK-トキシン / コロナチン / COI1-JAZ共受容体 / 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

研究成果の概要

植物ホルモンジャスモン酸イソロイシン（JA-Ile）は、植物の生存と成長に欠かせない多くの機能を制御する。本研究では、JA-Ileの構造的ミミックである植物毒素コロナチンをベースとして、その16種類の立体異性体ライブラリーを作成し、共受容体に対する親和性を評価した。その結果、立体異性体の中にはサブタイプ親和性を持つリガンドが含まれることが分かった。また植物宿主特異的毒素に関するアミノ酸置換体ライブラリーを作成し、モデル植物でも効果を持つプローブ分子の開発に成功した。

研究成果の学術的意義や社会的意義

植物毒素コロナチンをベースとした立体異性体ライブラリーは、シロイヌナズナ、トマト、イネの3種の共受容体に対してユニークなサブタイプ選択制を示した。これを用いた受容体サブタイプに特異的な遺伝子発現とシグナル伝達機構を解析は、従来、遺伝的冗長性のために解析が遅れていた植物ホルモンのシグナル伝達解析に新たな方法論を提供する画期的な成果となった。
今後は、食糧資源として重要であるが、より複雑な共受容体系を持つ単子葉植物へ、本方法論の適用を検討する。これによって、単子葉植物での重複遺伝子の機能解析に成功すれば、大きなインパクトを期待できる。

研究成果

• [国際共同研究] CNB-CSIC(スペイン)
• [国際共同研究] マドリード自治大学(スペイン)
• [国際共同研究] Madrid Autonoma university(Spain)
• [国際共同研究] Warwick University(英国)
• [雑誌論文] Subtype-selective agonists of plant hormone co-receptor COI1-JAZs identified from the stereoisomers of coronatine (2023)
  • 著者名/発表者名: Hayashi Kengo、Kato Nobuki、Bashir Khurram、Nomoto Haruna、Nakayama Misuzu、Chini Andrea、Takahashi Satoshi、Saito Hiroaki、Watanabe Raku、Takaoka Yousuke、Tanaka Maho、Nagano Atsushi J.、Seki Motoaki、Solano Roberto、Ueda Minoru
  • 雑誌名: Communications Biology 巻: 6 号: 1 ページ: 320-320
  • DOI: 10.1038/s42003-023-04709-1
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] (3R, 7S)-12-Hydroxy- jasmonoyl-L-isoleucine is the genuine bioactive form of a jasmonate metabolite in Arabidopsis thaliana (2023)
  • 著者名/発表者名: Saito Rina、Muto Toshiya、Urano Haruyuki、Kitajima Tsumugi、Kato Nobuki、Kwon Eunsang、Ueda Minoru
  • 雑誌名: The Plant Journal 巻: 114 号: 3 ページ: 709-723
  • DOI: 10.1111/tpj.16256
  • 査読あり
• [雑誌論文] Host-Selective Phytotoxins Incorporating the Epoxy-Triene-Decacarboxylate Moiety Function through the Hijacking of the Plant-Microbe Interaction System (2022)
  • 著者名/発表者名: Ueda Minoru、Kato Nobuki、Kurata Yoshinori、Imai Masaki、Yang Gangqiang、Taniguchi Keigo
  • 雑誌名: ACS Chemical Biology 巻: 18 号: 1 ページ: 12-17
  • DOI: 10.1021/acschembio.2c00777
  • 査読あり
• [雑誌論文] Ligand diversity contributes to the full activation of the jasmonate pathway in Marchantia polymorpha (2022)
  • 著者名/発表者名: Kneeshaw Sophie、Soriano Gonzalo、Monte Isabel、Hamberg Mats、Zamarreno Angel M.、Garcia-Mina Jose M.、Franco-Zorrilla Jose Manuel、Kato Nobuki、Ueda Minoru、Rey-Stolle Ma Fernanda、Barbas Coral、Michavila Santiago、Gimenez-Ibanez Selena、Jimenez-Aleman Guillermo H.、Solano Roberto
  • 雑誌名: Proceedings of the National Academy of Sciences 巻: 119 号: 36
  • DOI: 10.1073/pnas.2202930119
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Protein?protein interactions between jasmonate-related master regulator MYC and transcriptional mediator MED25 depend on a short binding domain (2022)
  • 著者名/発表者名: Takaoka Yousuke、Suzuki Kaho、Nozawa Akira、Takahashi Hirotaka、Sawasaki Tatsuya、Ueda Minoru
  • 雑誌名: Journal of Biological Chemistry 巻: 298 号: 1 ページ: 101504-101504
  • DOI: 10.1016/j.jbc.2021.101504
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Extended JAZ degron sequence for plant hormone binding in jasmonate co-receptor of tomato SlCOI1-SlJAZ (2021)
  • 著者名/発表者名: Saito Rina、Hayashi Kengo、Nomoto Haruna、Nakayama Misuzu、Takaoka Yousuke、Saito Hiroaki、Yamagami Souhei、Muto Toshiya、Ueda Minoru
  • 雑誌名: Scientific Reports 巻: 11 号: 1 ページ: 13612-13612
  • DOI: 10.1038/s41598-021-93067-1
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Rational design of a stapled JAZ9 peptide inhibiting protein?protein interaction of a plant transcription factor (2021)
  • 著者名/発表者名: Suzuki Kaho、Takaoka Yousuke、Ueda Minoru
  • 雑誌名: RSC Chemical Biology 巻: 2 号: 2 ページ: 499-502
  • DOI: 10.1039/d0cb00204f
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Deciphering OPDA Signaling Components in the Momilactone-Producing Moss Calohypnum plumiforme (2021)
  • 著者名/発表者名: 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
  • 雑誌名: Frontiers in Plant Science 巻: 12 ページ: 688565-688565
  • DOI: 10.3389/fpls.2021.688565
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] 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)
  • 著者名/発表者名: Wang Jianxin、Sakurai Haruka、Kato Nobuki、Kaji Takuya、Ueda Minoru
  • 雑誌名: Scientific Reports 巻: 11 号: 1 ページ: 2033-2033
  • DOI: 10.1038/s41598-021-81575-z
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Scalable synthesis of (+)-coronafacic acid, (2020)
  • 著者名/発表者名: N. Kato, S. Miyagawa, H. Nomoto, M. Nakayama, M. Iwashita, M. Ueda
  • 雑誌名: Chirality 巻: 32 号: 4 ページ: 423-430
  • DOI: 10.1002/chir.23172
  • 査読あり
• [雑誌論文] Stereoselective Syntheses of all the Possible Stereoisomers of Coronafacic Acid (2020)
  • 著者名/発表者名: Watanabe Raku、Kato Nobuki、Hayashi Kengo、Tozawa Sho、Ogura Yusuke、Kuwahara Shigefumi、Ueda Minoru
  • 雑誌名: ChemistryOpen 巻: 9 号: 10 ページ: 1008-1017
  • DOI: 10.1002/open.202000210
  • 査読あり
• [雑誌論文] Hoechst-tagged Fluorescein Diacetate for Fluorescence Imaging-based Assessment of Stomatal Dynamics in Arabidopsis thaliana (2020)
  • 著者名/発表者名: Y. Takaoka, S. Miyagawa, A. Nakamura, S. Egoshi, S. Tsukiji, M. Ueda
  • 雑誌名: Sci. Rep. 巻: 10 号: 1 ページ: 5333-5333
  • DOI: 10.1038/s41598-020-62239-w
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] A comprehensive in vitro fluorescence anisotropy assay system for screening ligands of the jasmonate COI1-JAZ co-receptor in plants (2019)
  • 著者名/発表者名: . Takaoka, K. Nagumo, I. N. Azizah, S. Oura, M. Iwahashi, N. Kato, M. Ueda
  • 雑誌名: J. Biol. Chem. 巻: 294 号: 13 ページ: 5074-5081
  • DOI: 10.1074/jbc.ra118.006639
  • 査読あり
• [雑誌論文] N-myristoylation and S-acylation are common modifications of Ca2+-regulated Arabidopsis kinases and are required for activation of the SLAC1 anion channel (2018)
  • 著者名/発表者名: 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
  • 雑誌名: New Phytologist 巻: 218 号: 4 ページ: 1504-1521
  • DOI: 10.1111/nph.15053
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Ouabagenin is a naturally occurring LXR ligand without causing hepatic steatosis as a side effect. (2018)
  • 著者名/発表者名: Tamura S., Okada M., Kato S., Shinoda Y., Shioda N., Fukunaga K., Ui-Tei K. and Ueda M*.
  • 雑誌名: Sci Rep. 巻: 8 号: 1 ページ: 2305-2305
  • DOI: 10.1038/s41598-018-20663-z
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] The alkyne-tag Raman imaging of coronatine, a plant pathogen virulence factor, in Commelina communis and the possible mode of action (2018)
  • 著者名/発表者名: M. Ueda, K. Hayashi, S. Egoshi, Y. Ishimaru, Y. Takaoka, K. Dodo, and M. Sodeoka
  • 雑誌名: Org. Biomol. Chem. 巻: in press 号: 18 ページ: 3348-3352
  • DOI: 10.1039/c8ob00097b
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Noncanonical Function of a Small-Molecular Virulence Factor Coronatine against Plant Immunity: An In Vivo Raman Imaging Approach (2017)
  • 著者名/発表者名: Ueda Minoru、Egoshi Syusuke、Dodo Kosuke、Ishimaru Yasuhiro、Yamakoshi Hiroyuki、Nakano Takeshi、Takaoka Yousuke、Tsukiji Shinya、Sodeoka Mikiko
  • 雑誌名: ACS Central Science 巻: 3 号: 5 ページ: 462-472
  • DOI: 10.1021/acscentsci.7b00099
  • 査読あり / オープンアクセス
• [学会発表] 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)
  • 著者名/発表者名: 上田実
  • 学会等名: 日本化学会第100春期年会
  • 招待講演
• [学会発表] 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)
  • 著者名/発表者名: 上田実
  • 学会等名: 新学術領域「生合成リデザイン」第６回公開シンポジウム
  • 招待講演
• [学会発表] 天然物をベースとした植物ケミカルバイオロジー (2019)
  • 著者名/発表者名: 上田実
  • 学会等名: 日本ケミカルバイオロジー学会第14回年会
  • 招待講演
• [学会発表] 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)
  • 著者名/発表者名: 上田実
  • 学会等名: 第54回天然物化学談話会
  • 招待講演
• [学会発表] 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)
  • 著者名/発表者名: 上田実
  • 学会等名: 微生物ウィーク2019
  • 招待講演
• [学会発表] 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)
  • 著者名/発表者名: 上田実
  • 学会等名: 第26回日本時間生物学会大会
  • 招待講演
• [学会発表] Plant Chemical Biology with Bioactive Natural Products (2017)
  • 著者名/発表者名: Minoru Ueda,
  • 学会等名: the International Symposium on Systems, Synthetic and Chemical Biology
  • 国際学会 / 招待講演