植物性乳酸菌の自然界における動態解析と乳酸菌定着植物での病害抑制現象の基盤解明

• 研究課題/領域番号: 19K22300
• 研究種目: 挑戦的研究(萌芽)
• 配分区分: 基金
• 審査区分: 中区分39:生産環境農学およびその関連分野
• 研究機関: 東北大学
• 研究代表者: 高橋 英樹 東北大学, 農学研究科, 教授 (20197164)
• 研究分担者: 北澤 春樹 東北大学, 農学研究科, 教授 (10204885)
• 研究期間 (年度): 2019-06-28 – 2024-03-31
• 研究課題ステータス: 交付 (2022年度)
• 配分額: 6,240千円 (直接経費: 4,800千円、間接経費: 1,440千円); 2021年度: 1,950千円 (直接経費: 1,500千円、間接経費: 450千円); 2020年度: 1,950千円 (直接経費: 1,500千円、間接経費: 450千円); 2019年度: 2,340千円 (直接経費: 1,800千円、間接経費: 540千円)
• キーワード: 植物性乳酸菌 / 環境微生物 / 植物免疫 / 植物病害防除

研究開始時の研究の概要

本研究では、緑色蛍光タンパク質遺伝子を形質転換した植物性乳酸菌を作出し、植物の茎葉、動物の糞便、その糞便を混和した培土で植物栽培した植物における乳酸菌の存在を検出するとともに、乳酸菌が定着している植物における病害抵抗性誘導と植物免疫システムの活性化を評価する。乳酸菌が、ヒトや家畜動物の腸管免疫免疫力を向上させることは広く認知されている。しかし植物に対しては、作物栽培における微生物農薬として実用化されているものの、病害抑制のメカニズムの理解は十分ではない。本研究により、乳酸菌が定着した植物における植物免疫システムの活性化の解析は、乳酸菌の病害抑制メカニズムの解明と、病害防除への応用に貢献する。

研究実績の概要

本研究では自然界に生息する微生物の中で植物性乳酸菌に注目し、植物性乳酸菌の環境中における循環と、植物性乳酸菌が植物にどのような関係を持っているのかを、植物の病害抑制効果の視点から明らかするにことを目的としている。植物性乳酸菌は動物の自然免疫システムを活性化させて、ヒトや家畜の健康に寄与することが知られているが、その植物性乳酸菌の由来については十分な理解がなされていない。また、植物の茎葉には、植物性乳酸菌が定着しているが、自然界における植物に対する植物性乳酸菌の役割についての理解は不十分である。植物性乳酸菌の環境中における動態と、植物に対する病害抑制効果を評価することにより、環境中における植物性乳酸菌と植物・動物との相互関係を包括的理解しようとするものであり、植物の病害防除への応用も期待される。本年度は、植物性堆肥から乳酸菌を単離し、難防除トマト青枯病に対する病害抑制効果の検討を予定した。研究室にて作成した落葉堆肥を滅菌蒸留水に懸濁し、ミラクロスで濾過後、得られた濾液を乳酸菌選抜培地で培養し、植物性乳酸菌候補となるコロニーを単離した。同菌の分類同定と、トマト青枯病抑制効果について解析を進めてたが、コロナ禍の影響により十分な実験時間が確保できなかったため、次年度にはそれらの解析を早急に実施する。

現在までの達成度 (区分)

3: やや遅れている

理由

コロナ禍の影響により十分な実験時間が確保できなかったため、落葉堆肥から単離した植物性乳酸菌候補株を得たが、その同定と植物体への定着およびトマト青枯病抑制効果の解析には至っていない。

今後の研究の推進方策

落葉堆肥から単離した植物性乳酸菌候補株について、16SrDNA遺伝子の塩基配列などの指標を用いて菌株を同定するとともに、イネ植物体内における同植物性乳酸菌株の定着や移行や、同菌株処理によるトマト青枯病の抑制評価を早急に実施する。

研究成果

• [国際共同研究] 国立乳酸菌研究所(アルゼンチン)
• [雑誌論文] Isolation of Burkholderia jumbo phages and their utilization as biocontrol agents to suppress rice seedling rot disease (2022)
  • 著者名/発表者名: Kanaizuka Ayane、Sasaki Ryota、Miyashita Shuhei、Ando Sugihiro、Ito Kumiko、Fukuhara Toshiyuki、Takahashi Hideki
  • 雑誌名: Journal of General Plant Pathology 巻: 89 号: 1 ページ: 24-34
  • DOI: 10.1007/s10327-022-01107-z
  • 査読あり
• [雑誌論文] Suppression of rice seedling rot caused by Burkholderia glumae in nursery soils using culturable bacterial communities from organic farming systems (2022)
  • 著者名/発表者名: Ando Sugihiro、Kasahara Masami、Mitomi Naoto、Schermer Tom A.、Sato Erika、Yoshida Shigenobu、Tsushima Seiya、Miyashita Shuhei、Takahashi Hideki
  • 雑誌名: Journal of Plant Pathology 巻: - 号: 2 ページ: 605-618
  • DOI: 10.1007/s42161-022-01066-6
  • 査読あり
• [雑誌論文] Ligilactobacillus salivarius Strains Isolated From the Porcine Gut Modulate Innate Immune Responses in Epithelial Cells and Improve Protection Against Intestinal Viral-Bacterial Superinfection (2021)
  • 著者名/発表者名: Yuhki Indo, Shugo Kitahara, Mikado Tomokiyo, Shota Araki, Md Aminul Islam, Binghui Zhou, Leonardo Albarracin, Ayako Miyazaki, Wakako Ikeda-Ohtsubo, Tomonori Nochi, Takato Takenouchi, Hirohide Uenishi, Hisashi Aso, Hideki Takahashi, Shoichiro Kurata, Julio Villena, Haruki Kitazawa
  • 雑誌名: Front Immunol 巻: 12 ページ: 652923-652923
  • DOI: 10.3389/fimmu.2021.652923
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] In vivo emergence of beige-like fat in chickens as physiological adaptation to cold environments (2021)
  • 著者名/発表者名: Sotome Rina、Hirasawa Akira、Kikusato Motoi、Amo Taku、Furukawa Kyohei、Kuriyagawa Anna、Watanabe Kouichi、Collin Anne、Shirakawa Hitoshi、Hirakawa Ryota、Tanitaka Yuta、Takahashi Hideki、Wu Guoyao、Nochi Tomonori、Shimmura Tsuyoshi、Warden Craig H.、Toyomizu Masaaki
  • 雑誌名: Amino Acids 巻: 53 号: 3 ページ: 381-393
  • DOI: 10.1007/s00726-021-02953-5
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Isolation and characterization of a novel jumbo phage from leaf litter compost and its suppressive effect on rice seedling rot diseases. (2021)
  • 著者名/発表者名: Sasaki R, Miyashita S, Ando S, Ito K, Fukuhara T, Takahashi H
  • 雑誌名: Viruses 巻: 13 号: 4 ページ: 591-591
  • DOI: 10.3390/v13040591
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Efficient Selection of New Immunobiotic Strains With Antiviral Effects in Local and Distal Mucosal Sites by Using Porcine Intestinal Epitheliocytes (2020)
  • 著者名/発表者名: Leonardo, A., V. Garcia-Castillo, H. Kitazawa et al.
  • 雑誌名: Frontiers in Immunology 巻: 11:543 ページ: 1-16
  • DOI: 10.3389/fimmu.2020.00543
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Exopolysaccharides from Streptococcus thermophilus ST538 modulate the antiviral innate immune response in porcine intestinal epitheliocytes. (2020)
  • 著者名/発表者名: Mizuno H, Tomotsune K, Islam MA, Funabashi R, Albarracin L, Ikeda-Ohtsubo W, Aso H, Takahashi H, Kimura K, Villena J, Sasaki Y and Kitazawa H
  • 雑誌名: Frontiers in Microbiology 巻: 11 ページ: 894-894
  • DOI: 10.3389/fmicb.2020.00894
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Lipoteichoic acid is involved in the ability of the immunobiotic strain Lactobacillus plantarum CRL1506 to modulate the intestinal antiviral innate immunity triggered by TLR3 activation. (2020)
  • 著者名/発表者名: Hiroya Mizuno, Lorena Arce, Kae Tomotsune, Leonardo Albarracin, Ryutaro Funabashi, Daniela Vera, Md. Aminul Islam, Maria Guadalupe Vizoso-Pinto, Hideki Takahashi, Yasuko Sasaki, Haruki Kitazawa and Julio Villena
  • 雑誌名: Frontiers in Immunology 巻: 11 ページ: 571-571
  • DOI: 10.3389/fimmu.2020.00571
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] The Exopolysaccharide of Lactobacillus fermentum UCO-979C Is Partially Involved in Its Immunomodulatory Effect and Its Ability to Improve the Resistance against Helicobacter pylori Infection (2020)
  • 著者名/発表者名: Garcia-Castillo, V., H. Kitazawa et al.
  • 雑誌名: Microorganisms 巻: 8:479 号: 4 ページ: 1-20
  • DOI: 10.3390/microorganisms8040479
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Evaluation of fat accumulation and adipokine production during the long-term adipogenic differentiation of porcine intramuscular preadipocytes and study of the influence of immunobiotics. (2020)
  • 著者名/発表者名: Tada, A., Kober, A.H., Islam, M.A., Igata, M., Takagi, M., Suzuki, M., Aso, H., Ikeda-Ohtsubo, W., Yoda, K., Miyazawa, K., He, F., Takahashi, H., Villena, J. and Kitazawa, H.
  • 雑誌名: Cells 巻: 9 号: 7 ページ: 1715-1715
  • DOI: 10.3390/cells9071715
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Deciphering the influence of paraimmunobiotic bifidobacteria on the innate antiviral immune response of bovine intestinal epitheliocytes by transcriptomic analysis (2019)
  • 著者名/発表者名: Albarracin L.、Komatsu R.、Garcia-Castillo V.、Aso H.、Iwabuchi N.、Xiao J.-Z.、Abe F.、Takahashi H.、Villena J.、Kitazawa H.
  • 雑誌名: Beneficial Microbes 巻: 10 号: 2 ページ: 199-209
  • DOI: 10.3920/bm2018.0024
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Transcriptome Modifications in Porcine Adipocytes via Toll-Like Receptors Activation (2019)
  • 著者名/発表者名: Igata Manami、Islam Md. Aminul、Tada Asuka、Takagi Michihiro、Kober A. K. M. Humayun、Albarracin Leonardo、Aso Hisashi、Ikeda-Ohtsubo Wakako、Miyazawa Kenji、Yoda Kazutoyo、He Fang、Takahashi Hideki、Villena Julio、Kitazawa Haruki
  • 雑誌名: Frontiers in Immunology 巻: 10 ページ: 1-15
  • DOI: 10.3389/fimmu.2019.01180
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Exogenous application of L‐histidine suppresses bacterial diseases and enhances ethylene production in rice seedlings (2019)
  • 著者名/発表者名: Yariyama S.、Ando S.、Seo S.、Nakaho K.、Miyashita S.、Kanayama Y.、Takahashi H.
  • 雑誌名: Plant Pathology 巻: 68 号: 6 ページ: 1072-1078
  • DOI: 10.1111/ppa.13037
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Evaluation of the Immunomodulatory Activities of the Probiotic Strain Lactobacillus fermentum UCO-979C (2019)
  • 著者名/発表者名: Garcia-Castillo Valeria、Komatsu Ryoya、Clua Patricia、Indo Yuhki、Takagi Michihiro、Salva Susana、Islam Md. Aminul、Alvarez Susana、Takahashi Hideki、Garcia-Cancino Apolinaria、Kitazawa Haruki、Villena Julio
  • 雑誌名: Frontiers in Immunology 巻: 10 ページ: 1376-1376
  • DOI: 10.3389/fimmu.2019.01376
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Plant defense systems against cucumber mosaic virus: lessons learned from CMV-Arabidopsis interactions (2019)
  • 著者名/発表者名: Sugihiro Ando ・ Shuhei Miyashita ・ Hideki Takahashi
  • 雑誌名: Journal of General Plant Pathology 巻: 85 号: 3 ページ: 174-181
  • DOI: 10.1007/s10327-019-00845-x
  • 査読あり
• [学会発表] イネもみ枯細菌病菌に感染する新奇 Siphoviridae科ファージの性状解析 (2022)
  • 著者名/発表者名: 阿部香奈, 佐々木稜太, 金井塚綾音, 宮下脩平, 安藤杉尋, 高橋英樹
  • 学会等名: 令和4年度日本植物病理学会大会
• [学会発表] Ralstonia属細菌に感染するファージ群の落葉堆肥からの検出とその解析 (2022)
  • 著者名/発表者名: 佐々木稜太, 宮下脩平, 安藤杉尋, 高橋英樹
  • 学会等名: 令和4年度日本植物病理学会東北部会
• [学会発表] ナス科植物青枯病菌の保有するプロファージの誘発条件の検討と溶菌化プロファージの性状解析 (2022)
  • 著者名/発表者名: 阿部香奈, 佐々木稜太, 宮下修平, 高橋英樹
  • 学会等名: 令和4年度日本植物病理学会東北部会
• [学会発表] Burkholderia 属細菌に感染する新奇ファージの遺伝子構造解析と病害防除利用への検討 (2021)
  • 著者名/発表者名: 金井塚文音・佐々木稜太・宮下脩平・安藤杉尋・高橋英樹
  • 学会等名: 令和３年度日本植物病理学会大会
• [学会発表] イネもみ枯細菌病菌に感染するバクテリオファージの病害抑制効果および保存法の検討 (2021)
  • 著者名/発表者名: 金井塚文音・佐々木稜太・宮下脩平・安藤杉尋・高橋英樹
  • 学会等名: 令和３年度日本植物病理学会東北部会
• [学会発表] 有機栽培育苗土からのイネもみ枯細菌病菌に感染するファージの探索と特性解析 (2019)
  • 著者名/発表者名: 佐々木稜太・三富直人・宮下脩平・安藤杉尋・高橋英樹
  • 学会等名: 令和元年度日本植物病理学会東北部会
• [学会発表] 有機栽培育苗土から作出したイネもみ枯細菌病抑制効果を持つ細菌集団の施用によるイネ内生菌叢への影響 (2019)
  • 著者名/発表者名: 三富直人・宮下脩平・高橋英樹・安藤杉尋
  • 学会等名: 令和元年度日本植物病理学会東北部会