イネいもち病抵抗性NLRタンパク質による病原菌エフェクター認識の分子機構の解明

• 研究課題/領域番号: 18K05657
• 研究種目: 基盤研究(C)
• 配分区分: 基金
• 応募区分: 一般
• 審査区分: 小区分39040:植物保護科学関連
• 研究機関: 東京農業大学
• 研究代表者: 齋藤 宏昌 東京農業大学, 生命科学部, 教授 (20414336)
• 研究期間 (年度): 2018-04-01 – 2021-03-31
• 研究課題ステータス: 完了 (2020年度)
• 配分額: 4,420千円 (直接経費: 3,400千円、間接経費: 1,020千円); 2020年度: 1,170千円 (直接経費: 900千円、間接経費: 270千円); 2019年度: 1,560千円 (直接経費: 1,200千円、間接経費: 360千円); 2018年度: 1,690千円 (直接経費: 1,300千円、間接経費: 390千円)
• キーワード: イネいもち病 / 細胞内免疫受容体 / 抵抗性遺伝子 / NLRs / エフェクター / ID / HMA / AVR / エフェクタータンパク質 / NLR受容体 / 免疫反応 / イネいもち病菌 / AVR-Pik / Pik-1 / HMA領域 / OsHIPP19 / NLRペア / Nicotiana benthamiana / 過敏感細胞死 / 植物免疫反応 / P-loop / MHDモチーフ / Magnaporthe oryzae / タンパク質－タンパク質相互作用 / NLR / integrated domain / 植物免疫 / 宿主－病原体相互作用 / NLRタンパク質

研究成果の概要

いもち病を防除するアプローチとして、細胞内免疫受容体をコードするイネ抵抗性遺伝子を用いた抵抗性品種の利用が実施されている。植物のNLRsに組み込まれている特殊な領域（ID）は、病原体から分泌されたエフェクターを直接認識し、免疫反応を誘導する。イネの免疫受容体ペアであるPik-1/Pik-2とRGA5/RGA4はいずれもIDとしてHMA領域を持ち、この領域でいもち病菌エフェクターAVR-PikとAVR-Piaをそれぞれ認識する。本研究では、Pikp-HMA領域がAVR-Piaと結合し、Pikp-1/Pikp-2はミスマッチのAVR-Piaに対して免疫反応を誘導することを明らかにした。

研究成果の学術的意義や社会的意義

植物耐病性研究において、宿主NLRによる病原菌AVRエフェクターの認識は最も重要な研究課題の一つである。以前に研究代表者らは、病原菌AVRが植物NLRに組み込まれている特殊な領域（ID）に直接結合することを示し、AVR/NLR複合体結晶構造を世界で初めて明らかにした。本研究では、一つのNLRがIDを介して複数のエフェクターを認識することを見出し、それにより植物NLRのIDと病原体エフェクター相互作用の適応性が示唆された。この成果は多様なエフェクターを認識できる免疫受容体の人工設計の可能性を示すものであり、将来的に植物免疫受容体の機能の理解や病害抵抗性エンジニアリングへの展望を開くものと考える。

研究成果

• [国際共同研究] John Innes Centre/The Sainsbury Laboratory(英国)
• [国際共同研究] John Innes Centre/The Sainsbury Laboratory(英国)
• [国際共同研究] John Innes Centre/The Sainsbury Laboratory(英国)
• [雑誌論文] Multiple variants of the fungal effector AVR-Pik bind the HMA domain of the rice protein OsHIPP19, providing a foundation to engineer plant defense (2021)
  • 著者名/発表者名: Maidment Josephine H.R.、Franceschetti Marina、Maqbool Abbas、Saitoh Hiromasa、Jantasuriyarat Chatchawan、Kamoun Sophien、Terauchi Ryohei、Banfield Mark J.
  • 雑誌名: Journal of Biological Chemistry 巻: 296 ページ: 100371-100371
  • DOI: 10.1016/j.jbc.2021.100371
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] The rice NLR pair Pikp-1/Pikp-2 initiates cell death through receptor cooperation rather than negative regulation (2020)
  • 著者名/発表者名: Zdrzaek Rafal、Kamoun Sophien、Terauchi Ryohei、Saitoh Hiromasa、Banfield Mark J.
  • 雑誌名: PLOS ONE 巻: 15 号: 9 ページ: 1-10
  • DOI: 10.1371/journal.pone.0238616
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] RNA-Seq of in plants-expressed Magnaporthe oryzae genes identifies MoSVP as a highly expressed gene required for pathogenicity at the initial stage of infection (2019)
  • 著者名/発表者名: Shimizu, M., Nakano, Y., Hirabuchi, A., Yoshino, K., Kobayashi, M., Yamamoto, K., Terauchi, R., Saitoh, H.
  • 雑誌名: Molecular Plant Pathology 巻: 20 号: 12 ページ: 1682-1695
  • DOI: 10.1111/mpp.12869
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Cross-reactivity of a rice NLR immune receptor to distinct effectors from the rice blast pathogen Magnaporthe oryzae provides partial disease resistance (2019)
  • 著者名/発表者名: Varden, F.A., Saitoh, H., Yoshino, K., Franceschetti, M., Kamoun, S., Terauchi, R., Banfield, M.J.
  • 雑誌名: Journal of Biological Chemistry 巻: 294 号: 35 ページ: 13006-13016
  • DOI: 10.1074/jbc.ra119.007730
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Cross-reactivity of a rice NLR immune receptor to distinct effectors from the blast pathogen leads to partial disease resistance (2019)
  • 著者名/発表者名: Varden, F.A., Saitoh, H., Yoshino, K., Franceschetti, M., Kamoun, S., Terauchi, R., Banfield, M.J.
  • 雑誌名: bioRxiv 巻: 530675 ページ: 1-19
  • DOI: 10.1101/530675
  • オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Polymorphic residues in rice NLRs expand binding and response to effectors of the blast pathogen (2018)
  • 著者名/発表者名: De la Concepcion, J.C., Franceschetti, M., Maqbool, A., Saitoh, H., Terauchi, R., Kamoun, S., Banfield, M.J.
  • 雑誌名: Nature Plants 巻: 4 号: 8 ページ: 576-585
  • DOI: 10.1038/s41477-018-0194-x
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Lessons in Effector and NLR Biology of Plant-Microbe Systems (2018)
  • 著者名/発表者名: Bialas Aleksandra、Zess Erin K.、De la Concepcion Juan Carlos、中略 Fujisaki Koki、Saitoh Hiromasa、Terauchi Ryohei、Banfield Mark J.、Kamoun Sophien
  • 雑誌名: Molecular Plant-Microbe Interactions 巻: 31 号: 1 ページ: 34-45
  • DOI: 10.1094/mpmi-08-17-0196-fi
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [学会発表] RNA-Seq of in planta-expressed Magnaporthe oryzae genes identifies MoSVP as a highly expressed gene required for pathogenicity at the initial stage of infection (2020)
  • 著者名/発表者名: Hiromasa Saitoh
  • 学会等名: The 6th International Conference on Agricultural and Biological Sciences (ABS 2020)
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] イネいもち病菌感染組織のRNA-seq解析によって同定された新奇病原性遺伝子MoSVP (2019)
  • 著者名/発表者名: 清水元樹、平渕亜紀子、小林光智衣、山本紘輔、寺内良平、齋藤宏昌
  • 学会等名: 令和2年度日本植物病理学会大会
• [学会発表] エフェクター分泌によるいもち病菌の感染および抵抗性誘導機構 (2019)
  • 著者名/発表者名: 齋藤宏昌
  • 学会等名: 第３回 植物病理を紡ぐ会
  • 招待講演
• [図書] Applied Plant Biotechnology for Improving Resistance to Biotic Stress (2019)
  • 著者名/発表者名: Terauchi, R., Fujisaki, K., Shimizu, M., Oikawa, K., Takeda, T., Takagi, H., Abe, A., Okuyama, Y., Yoshida, K., Saitoh, H.
  • 総ページ数: 355
  • 出版者: Academic Press
  • ISBN: 9780128160305