自己免疫現象に基づいたRNAエキソソームによる植物免疫制御機構の解明

• 研究課題/領域番号: 19K06054
• 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: 香川大学
• 研究代表者: 市村 和也 香川大学, 農学部, 教授 (70321726)
• 研究期間 (年度): 2019-04-01 – 2022-03-31
• 研究課題ステータス: 完了 (2021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); 2021年度: 1,430千円 (直接経費: 1,100千円、間接経費: 330千円); 2020年度: 1,430千円 (直接経費: 1,100千円、間接経費: 330千円); 2019年度: 1,560千円 (直接経費: 1,200千円、間接経費: 360千円)
• キーワード: 植物免疫 / 自己免疫表現型 / 核RNAエキソソーム / 転写後調節 / DEAD-boxヘリカーゼ / RNAエキソソーム / 病害抵抗性遺伝子 / RNAヘリカーゼ / 核内RNA品質管理機構 / 自己免疫

研究開始時の研究の概要

矮性や、病原体感染無しに細胞死及び活性酸素種の蓄積などの防御反応が常に活性化する自己免疫は、植物免疫の緻密な制御バランスが、遺伝子の変異等により崩れることで生じる。申請者は自己免疫を示すシロイヌナズナ変異体表現型を抑制するに変異体の原因遺伝子として、SMN2を同定した。SMN2は核内RNA品質管理機構で重要な因子であるが、植物免疫における機能は不明だった。本研究では、smn2変異体の病害抵抗性や網羅的な発現遺伝子発現解析により、SMN2の植物免疫における役割を明らかにする事で、「RNAエキソソームによるRNA分解を介した植物免疫関連遺伝子の発現」という新たな制御段階を浮き彫りにする。

研究成果の概要

本研究ではSMN2遺伝子を同定しました。本遺伝子はRNAヘリカーゼをコードしており、核におけるRNAの品質管理機構に重要な核エキソソームの標的決定因子であることが分かりました。SMN2は、トマト斑葉細菌病菌の病原性因子HopA1に対する細胞内免疫受容体をコードするSMN1/RPS6遺伝子から生じる異常なRNAの分解を通して、SMN1/RPS6遺伝子の正常な発現に関わることが明らかになりました。

研究成果の学術的意義や社会的意義

本研究では、常に矮性と自己免疫を示すシロイヌナズナの遺伝子組換え体をもとに、矮性を示さなくなった復帰変異体を単離し、原因遺伝子を同定しました。その結果、SMN2と名付けた原因遺伝子を同定しました。その後の研究で、植物病原細菌に対する免疫受容体遺伝子SMN1/RPS6が機能をする際に、SMN2が関与するRNA品質管理による制御が重要であることが明らかにされました。この研究成果は、植物の免疫と大きさのバランスを制御する仕組みの解明に役立つことが期待されます。

研究成果

• [雑誌論文] Simultaneous mutations in SMN1 and SUMM2 fully suppress the dwarf and autoimmune phenotypes of Arabidopsis mpk4 mutant (2022)
  • 著者名/発表者名: Takagi Momoko、Nagai Suzuna、Kaminaka Hironori、Akimitsu Kazuya、Shirasu Ken、Ichimura Kazuya
  • 雑誌名: Plant Signaling & Behavior 巻: 17 号: 1 ページ: 2046412-2046412
  • DOI: 10.1080/15592324.2022.2046412
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Arabidopsis SMN2/HEN2, Encoding DEAD-Box RNA Helicase, Governs Proper Expression of the Resistance Gene SMN1/RPS6 and Is Involved in Dwarf, Autoimmune Phenotypes of mekk1 and mpk4 Mutants (2020)
  • 著者名/発表者名: Takagi Momoko、Iwamoto Naoki、Kubo Yuta、Morimoto Takayuki、Takagi Hiroki、Takahashi Fuminori、Nishiuchi Takumi、Tanaka Keisuke、Taji Teruaki、Kaminaka Hironori、Shinozaki Kazuo、Akimitsu Kazuya、Terauchi Ryohei、Shirasu Ken、Ichimura Kazuya
  • 雑誌名: Plant and Cell Physiology 巻: 61 号: 8 ページ: 1507-1516
  • DOI: 10.1093/pcp/pcaa071
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Disruption of the MAMP-Induced MEKK1-MKK1/MKK2-MPK4 Pathway Activates the TNL Immune Receptor SMN1/RPS6 (2018)
  • 著者名/発表者名: Takagi Momoko、Hamano Kohei、Takagi Hiroki、Morimoto Takayuki、Akimitsu Kazuya、Terauchi Ryohei、Shirasu Ken、Ichimura Kazuya
  • 雑誌名: Plant and Cell Physiology 巻: 60 号: 4 ページ: 778-787
  • DOI: 10.1093/pcp/pcy243
  • 査読あり
• [学会発表] PUB25 and PUB26 positively regulate MAMP-responsive MEKK1 - MKK1/MKK2 - MPK4 pathway and disease resistance in Arabidopsis (2022)
  • 著者名/発表者名: Nagai, Suzuna., Kubo, Yuta., Hio, Junpei., Kobayashi, Takahiro., Mizoguchi, Tsuyoshi., Takahashi, Fuminori., Shinozaki, Kazuo., Shirasu, Ken., Ichimura, Kazuya.
  • 学会等名: 第63回日本植物生理学会年会
• [学会発表] トマト斑葉細菌病原菌に対する病害抵抗性を正に制御するシロイヌナズナMKK3の上流因子MTK1の機能解析 (2022)
  • 著者名/発表者名: 新谷光雄, 横田航平, 永田雅也, 松村美里, 中村雅子, 瀧澤 香, 松岡大介, 秋光和也, 白須 賢, 市村和也.
  • 学会等名: 令和4年度日本植物病理学会大会
• [学会発表] シロイヌナズナPUB25及びPUB26はMEKK1に直接結合し、MEKK1以降の経路と病害抵抗性を正に制御する (2022)
  • 著者名/発表者名: 永井鈴奈，小林孝博，久保佑太，樋尾隼平，溝口剛，高橋史憲，篠崎一雄，白須賢，市村和也．
  • 学会等名: 令和4年度日本植物病理学会大会
• [学会発表] シロイヌナズナsmn2/hen2変異体におけるNLR遺伝子SMN1/RPS6の3′末端領域で生じる転写物と機能低下の関連について (2022)
  • 著者名/発表者名: 川人恵理香、永井鈴奈、高木桃子、秋光和也、白須賢、市村和也
  • 学会等名: 生物系三学会（動物学会・植物学会・生態学会）合同中四国支部大会
• [学会発表] DEAD-box RNA ヘリカーゼをコードするシロイヌナズナSMN2/HEN2 はSMN1/RPS6 による病害抵抗性に必須でありmekk1及びmpk4 変異体の矮性を伴う防御反応表現型に関与する (2020)
  • 著者名/発表者名: 高木桃子, 岩本直樹, 久保佑太, 森本貴行, 高木宏樹, 高橋史憲, 西内巧, 田中啓介, 太治輝昭, 上中弘典, 篠崎一雄, 秋光和也, 寺内良平, 白須賢, 市村和也.
  • 学会等名: 令和2年度日本植物病理学会関西部会
• [学会発表] DEAD-box RNA ヘリカーゼをコードするシロイヌナズナSMN2/HEN2 は抵抗性遺伝子 SMN1/RPS6 の機能に必須である (2019)
  • 著者名/発表者名: 市村和也, 高木桃子, 岩本直樹, 久保佑太, 森本貴行, 萩藤孝輔, 高木宏樹, 高橋史憲, 篠崎一雄, 上中弘典, 田中啓介, 太治輝昭, 秋光和也, 寺内良平, 白須賢
  • 学会等名: 第8回植物RNAネットワークシンポジウム
• [学会発表] DEAD-box RNA ヘリカーゼをコードする SMN2 は抵抗性遺伝子 SMN1/RPS6 の正常な発現に必要である (2019)
  • 著者名/発表者名: 高木桃子, 岩本直樹, 久保佑太, 森本貴行, 萩藤孝輔, 高木宏樹, 田中啓介, 太治輝昭, 秋光和也, 寺内良平, 白須賢, 市村和也
  • 学会等名: 植物微生物研究会第29回研究交流会
• [学会発表] MEKK1経路変異体の防御反応表現型に関与するRタンパク質SMN1が認識するエフェクターHopA1の機能解析 (2019)
  • 著者名/発表者名: 森本貴行, 濵野康平, 高木桃子, 高木宏樹, 寺内良平, 白須 賢, 市村和也
  • 学会等名: 第54回植物感染生理談話会
• [学会発表] シロイヌナズナSMN2はDEAD-box RNAヘリカーゼをコードし抵抗性遺伝子SMN1/RPS6の正常な発現に必要である (2019)
  • 著者名/発表者名: 高木桃子，岩本直樹，久保佑太，森本貴行，高木宏樹，田中啓介，太治輝昭，秋光和也，寺内良平，白須賢，市村和也
  • 学会等名: 中国四国植物学会第76回大会
• [学会発表] 防御関連遺伝子発現における核RNA品質管理機構関連因子SOP1の関与 (2019)
  • 著者名/発表者名: 萩藤孝輔, 高木桃子, 秋光和也, 市村和也
  • 学会等名: 中国四国植物学会第76回大会
• [備考] 香川大学農学部市村研究室ブログ
  • URL: https://www.ag.kagawa-u.ac.jp/kichimura/pg291.html#20220330
• [備考] 「植物の「自己免疫」から、植物の免疫制御メカニズムの一端を解明」
  • URL: https://www.kagawa-u.ac.jp/25064/
• [備考] 香川大学農学部市村研究室ブログ
  • URL: https://www.ag.kagawa-u.ac.jp/kichimura/pg291.html
• [備考] 市村和也研究室 香川大学農学部植物科学領域
  • URL: https://www.ag.kagawa-u.ac.jp/kichimura/