植物と病原菌間における細胞間コミュニケーションの分子機構の解明

• 研究課題/領域番号: 19K24688
• 研究種目: 国際共同研究加速基金(帰国発展研究)
• 配分区分: 基金
• 審査区分: 生物系
• 研究機関: 摂南大学
• 研究代表者: 田中 茂幸 摂南大学, 農学部, 准教授 (30785481)
• 研究分担者: 芳本 玲 摂南大学, 農学部, 准教授 (70595652)
• 研究期間 (年度): 2020-04-01 – 2025-03-31
• 研究課題ステータス: 完了 (2024年度)
• 配分額: 55,900千円 (直接経費: 43,000千円、間接経費: 12,900千円)
• キーワード: 細胞外小胞 / 植物病原菌 / エフェクタータンパク質 / ノンコーディングRNA / エクソソーム / 活物寄生菌 / lincRNA / トウモロコシ黒穂病菌 / 膜タンパク質 / 糸状菌 / 病原性

研究成果の概要

植物病原糸状菌は、感染時にエフェクタータンパク質を用いて植物細胞の機能変化を引き起こす。しかし、エフェクタータンパク質が植物細胞膜を通過し細胞内へ移行する仕組みは不明であった。本研究では、トウモロコシ黒穂病菌が細胞外小胞分泌を分泌し、内部にはエフェクタータンパク質や長鎖ノンコーディングRNAが含まれることを明らかにした。また、細胞外小胞は植物細胞膜との膜融合を介して内容物を細胞内へ送り込むことが示唆された。さらに、細胞外小胞膜上のインテグリン様タンパク質ILP1を同定した。これと相互作用することが期待される植物細胞膜関連タンパク質群を、ILP1の共免疫沈降物のプロテオーム解析により得た。

研究成果の学術的意義や社会的意義

本研究は植物病原糸状菌が細胞外小胞（EVs）を介してエフェクタータンパク質や長鎖ノンコーディングRNAを植物細胞内に送達するという新規な感染戦略を明らかにし、植物-病原体間の相互作用の理解を大きく前進させる。また、ILP1やこれと相互作用する植物タンパク質の同定は、分子認識機構の解明につながる。こうした感染機構の解明により、EVや関連分子を標的とした新たな病害防除法の開発が可能となり、作物の安定生産や食料安全保障の強化に貢献できる。

研究成果

• [国際共同研究] マックスプランク研究所(ドイツ)
• [雑誌論文] Novel Secreted Effectors Conserved Among Smut Fungi Contribute to the Virulence of <i>Ustilago maydis</i> (2024)
  • 著者名/発表者名: Schuster M, Schweizer G, Reissmann S, Happel P, Assmann D, Roessel N, Gueldener U, Mannhaupt G, Ludwig N, Winterberg S, Pellegrin C, Tanaka S, Vincon V, Presti LL, Wang L, Bender L, Gonzalez C, Vranes M, Kaemper J, Seong K, Krasileva K, Kahmann R.
  • 雑誌名: Molecular Plant-Microbe Interactions 巻: 37 号: 3 ページ: 250-263
  • DOI: 10.1094/mpmi-09-23-0139-fi
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Mating Types of <i>Ustilago esculenta</i> Infecting <i>Zizania latifolia</i> Cultivars in Japan Are Biased towards MAT-2 and MAT-3 (2023)
  • 著者名/発表者名: Chigira Yuka、Sasaki Nobumitsu、Komatsu Ken、Mashimo Kouji、Tanaka Shigeyuki、Numamoto Minori、Moriyama Hiromitsu、Motobayashi Takashi
  • 雑誌名: Ｍｉｃｒｏｂｅｓ ａｎｄ ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔｓ 巻: 38 号: 3 ページ: n/a
  • DOI: 10.1264/jsme2.ME23034
  • ISSN: 1342-6311, 1347-4405
  • 査読あり
• [雑誌論文] 4.5SH RNA counteracts deleterious exonization of SINE B1 in mice (2023)
  • 著者名/発表者名: Yoshimoto Rei、Nakayama Yuta、Nomura Ikuko、Yamamoto Ikuko、Nakagawa Yumeka、Tanaka Shigeyuki、Kurihara Misuzu、Suzuki Yu、Kobayashi Takehiko、Kozuka-Hata Hiroko、Oyama Masaaki、Mito Mari、Iwasaki Shintaro、Yamazaki Tomohiro、Hirose Tetsuro、Araki Kimi、Nakagawa Shinichi
  • 雑誌名: Molecular Cell 巻: 83 号: 24 ページ: 4479-4493
  • DOI: 10.1016/j.molcel.2023.11.019
  • 査読あり
• [雑誌論文] The production and secretion of tRNA-derived RNA fragments in the corn smut fungus Ustilago maydis (2022)
  • 著者名/発表者名: Yoshimoto Rei、Ishida Fumiko、Yamaguchi Miyuki、Tanaka Shigeyuki
  • 雑誌名: Frontiers in Fungal Biology 巻: 3 ページ: 49-49
  • DOI: 10.3389/ffunb.2022.958798
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Cell wall-associated effectors of plant-colonizing fungi (2021)
  • 著者名/発表者名: Shigeyuki Tanaka, Regine Kahmann
  • 雑誌名: Mycologia 巻: 113 号: 2 ページ: 247-260
  • DOI: 10.1080/00275514.2020.1831293
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] The functionally conserved effector Stal is a fungal cell wall protein required for virulence in Ustilago maydis (2020)
  • 著者名/発表者名: Shigeyuki Tanaka, Isabelle Gollin, Nicole Rössel, Regine Kahmann
  • 雑誌名: New Phytologist 巻: 227 号: 1 ページ: 185-199
  • DOI: 10.1111/nph.16508
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [学会発表] Functional analysis of secreted long non-coding RNAs contributing to the virulence of the corn smut fungus, Ustilago maydis. (2025)
  • 著者名/発表者名: You Tanaka, Hinata Ohtani, Fumiko Ishida, Miyuki Yamaguchi, Rei Yoshimoto, Shigeyuki Tanaka
  • 学会等名: 17th European Conference on Fungal Genetics
  • 国際学会
• [学会発表] Phyllospheric non-phytopathogenic bacteria promotes the virulence of the Brassicaceae anthracnose fungus Colletotrichum higginsianum. (2025)
  • 著者名/発表者名: Kaho Tanaka, Yudai Hayashi, Sakura Yamazaki, Chikako Tanaka, Fumiko Ishida, Miyuki Yamaguchi, Norio Takeshita, Shigeyuki Tanaka
  • 学会等名: 17th European Conference on Fungal Genetics
  • 国際学会
• [学会発表] トウモロコシ黒穂病菌の細胞外小胞を介して分泌されるlncRNA は、宿主植物の LSm4 タンパク質と結合する (2025)
  • 著者名/発表者名: 田中瑶、大谷ひなた、石田史子、山口美幸、芳本玲、田中茂幸
  • 学会等名: 日本植物生理学会
• [学会発表] トウモロコシ黒穂病菌の病原性に関わる分泌型lncRNAの同定と機能解析 (2025)
  • 著者名/発表者名: 田中瑶、大谷ひなた、石田史子、山口美幸、芳本玲、田中茂幸
  • 学会等名: 日本植物病理学会
• [学会発表] 植物葉圏における植物微生物相互作用 (2024)
  • 著者名/発表者名: 田中茂幸
  • 学会等名: 植物感染生理談話会
  • 招待講演
• [学会発表] トウモロコシ黒穂病菌の病原性に関わる分泌型lncRNAの同定と機能解析 (2024)
  • 著者名/発表者名: 田中瑶、大谷ひなた、石田史子、山口美幸、芳本玲、田中茂幸
  • 学会等名: 糸状菌分子生物学研究会
• [学会発表] 植物病原糸状菌が分泌する細胞外小胞が寄生に果たす役割 (2023)
  • 著者名/発表者名: 田中茂幸
  • 学会等名: 日本生化学会
  • 招待講演
• [学会発表] トウモロコシ黒穂病菌Ustilago maydisの病原性に関わるlncRNAの同定 (2023)
  • 著者名/発表者名: 大谷ひなた、石田史子、山口美幸、芳本玲、田中茂幸
  • 学会等名: 日本植物病理学会
• [学会発表] Molecular basis of plant cellular uptake of extracellular vesicles secreted by biotrophic pathogen Ustilago maydis (2023)
  • 著者名/発表者名: Fumiko Ishida, Miyuki Yamaguchi, Chikako Tanaka, Rei Yoshimoto, Shigeyuki Tanaka
  • 学会等名: 16th European Conference on Fungal Genetics
  • 国際学会
• [学会発表] トウモロコシ黒穂病菌が分泌する細胞外小胞に含まれる膜タンパク質ILP1の機能解析 (2023)
  • 著者名/発表者名: 石田史子・山口美幸・田中智佳子・田中茂幸
  • 学会等名: 日本植物病理学会
• [学会発表] トウモロコシ黒穂病菌におけるtRNA由来RNA断片の生成と分泌 (2022)
  • 著者名/発表者名: 芳本玲，石田史子，山口美幸，田中茂幸
  • 学会等名: 糸状菌分子生物学研究会
• [学会発表] トウモロコシ黒穂病菌が分泌する細胞外小胞の動態と内容物の解析 (2022)
  • 著者名/発表者名: 芳本玲・石田史子・山口美幸・田中智佳子・田中茂幸
  • 学会等名: 日本植物病理学会全国大会
• [学会発表] トウモロコシ黒穂病菌が分泌する細胞外小胞に含まれるノンコーディングRNA (2021)
  • 著者名/発表者名: 芳本玲、田中茂幸
  • 学会等名: 日本植物病理学会全国大会
• [図書] アグリバイオ 2022年7月号 (2022)
  • 著者名/発表者名: 田中茂幸
  • 総ページ数: 5
  • 出版者: 北隆館
• [備考] ＜黒穂病菌が細胞外にRNA分泌＞解明 トウモロコシ 防除薬剤の新たな標的として注目
  • URL: https://www.setsunan.ac.jp/news/detail.html?id=5708
• [備考] 研究室HP
  • URL: https://www.setsunan.ac.jp/~pemlab303/
• [備考] 研究室HP
  • URL: http://www.setsunan.ac.jp/~pemlab303/
• [学会・シンポジウム開催] International symposium on sustainable crop production and biosciences (2023)