オートファジー制御に基づく植物免疫の亢進と新奇植物防除剤の創出

• 研究課題/領域番号: 21658118
• 研究種目: 挑戦的萌芽研究
• 配分区分: 補助金
• 研究分野: 応用分子細胞生物学
• 研究機関: 東京理科大学
• 研究代表者: 朽津 和幸 東京理科大学, 理工学部, 教授 (50211884)
• 研究期間 (年度): 2009 – 2010
• 研究課題ステータス: 完了 (2010年度)
• 配分額: 3,200千円 (直接経費: 3,200千円); 2010年度: 1,200千円 (直接経費: 1,200千円); 2009年度: 2,000千円 (直接経費: 2,000千円)
• キーワード: オートファジー / 植物免疫 / エリシター / 培養細胞 / 活性酸素種 / 感染防御応答 / 過敏感細胞死 / プロテインキナーゼ / カルシウムイオン / プログラム細胞死 / タバコ培養細胞BY-2

研究概要

植物の感染防御応答のモデル実験系において、オートファジー可視化系を構築すると共に、CIPKなど自然免疫応答に関与する因子の局在やその動態を可視化解析することにより、植物の自然免疫応答におけるオートファジーの機能の解明を進めた。オートファゴソームに局在するユビキチン様タンパク質ATG8と蛍光タンパク質YFPとの融合タンパク質を発現させたBY-2細胞を作出したところ、細胞内にパッチ状の蛍光が観察された。このオートファゴソーム様の蛍光は、糖飢餓条件下で著しく増加し、液胞膜プロトンポンプ阻害剤処理により、液胞内に蓄積された。病原体由来のシグナル因子の効果を解析したところ、自然免疫応答に伴い、オートファジーが抑制される可能性が示唆された。
卵菌由来のエリシターcryptogeinによりタバコ培養細胞BY-2株に誘導される活性酸素種(ROS)の生成を指標に、感染防御応答を活性化するリード化合物の効率的なスクリーニング系を確立した。この成果に関して、米国に特許出願した。Ca^<2+>動員、ROSの生成、防御関連遺伝子の発現、過敏感細胞死等、一連の防御応答を飛躍的に亢進し、cryptogeinに対する感受性を高める候補化合物を見出した。タバコ・シロイヌナズナ植物体に処理したところ、BTH等のサリチル酸系に作用する既存の植物抵抗性誘導剤と異なり、エリシターによるサリチル酸系・ジャスモン酸系の双方のシグナル伝達系について、下流の防御関連遺伝子の発現誘導の亢進が見られた。候補化合物の各種病原体に対する抵抗性の検定と共に、作用機構の解明を進めた。

研究成果

• [雑誌論文] Cryptogein-induced cell cycle arrest at G2 phase is associated with inhibition of cyclin-dependent kinases, suppression of expression of cell cycle-related genes and protein degradation in synchronized tobacco BY2 cells. (2011)
  • 著者名/発表者名: Ohno, R., Kadota, Y., Fujii, S., Sekine, M., Umeda, M., Kuchitsu, K.
  • 雑誌名: Plant and Cell Physiology 巻: 52(印刷中)
  • 査読あり
• [雑誌論文] Dynamic reorganization and function of the cytoskeleton and vacuolesin defense responses and programmed cell death. (2011)
  • 著者名/発表者名: Higaki, T., Kurusu, T., Hasezawa, S., Kuchitsu, K.
  • 雑誌名: Journal of Plant Research 巻: 124 ページ: 315-324
  • 査読あり
• [雑誌論文] Negative Feedback Regulation of Microbe-Associated Molecular Pattern-Induced Cytosolic Ca^<2+> Transients by Protein Phosphorylation. (2011)
  • 著者名/発表者名: Kurusu, T., Hamada, H., Sugiyama, Y., Yagala, T., Kadota, Y., Furuichi, T., Hayashi, T., Umemura, K., Komatsu, S., Miyao, A., Hirochika, H., Kuchitsu, K.
  • 雑誌名: Journal of Plant Research 巻: 124 ページ: 415-424
  • NAID: 10028258282
  • 査読あり
• [雑誌論文] Roles of calcineurin B-like protein-interacting protein kinases in innate immunity in rice. (2010)
  • 著者名/発表者名: Kurusu, T., Hamada, J., Hamada, H., Hanamata, S., Kuchitsu, K.
  • 雑誌名: Plant Signaling & Behavior 巻: 5 ページ: 1045-1047
  • 査読あり
• [雑誌論文] Regulation of microbe-associated molecular pattern-induced hypersensitive cell death, phytoalexin production and defense gene expression by calcineurin B-like protein-interacting protein kinases, OsCIPK14/15, in rice cultured cells. (2010)
  • 著者名/発表者名: Kurusu, T., Hamada, J., Nokajima, H., Kitagawa, Y., Kiyoduka, M., Takahashi, A., Hanamata, S., Ohno, R., Hayashi, T., Okada, K., Koga, J., Hirochika, H., Yamane, H., Kuchitsu, K.
  • 雑誌名: Plant Physiology 巻: 153 ページ: 678-692
  • 査読あり
• [雑誌論文] Effects of growth phase and cell density on cryptogein-induced programmed cell death in suspension-cultured tobacco BY-2 cells : development of a model system for 100% efficient hypersensitive cell death. (2010)
  • 著者名/発表者名: Sawai, Y., Tamotsu, S., Kuchitsu, K., Sakai, A.
  • 雑誌名: Cytologia 巻: 75 ページ: 389-396
  • NAID: 10027947997
  • 査読あり
• [雑誌論文] Regulation of microbe-associated molecular pattern-induced hypersensitive cell death, phytoalexin production and defense gene expression by calcineurin B-like protein-interacting protein kinases, OsCIPK14/15, in rice cultured cells (2010)
  • 著者名/発表者名: Kurusu, T., 他
  • 雑誌名: Plant Physiology 153(2)
  • 査読あり
• [学会発表] 植物免疫におけるCa^<2+>-活性酸素シグナル伝達系とオートファジー (2011)
  • 著者名/発表者名: 朽津和幸
  • 学会等名: 平成22年度「オートファジー研究会」
  • 発表場所: ヤマハリゾートつま恋
  • 年月日: 2011-01-13
• [学会発表] 植物の感染防御応答におけるオートファジー動態の解析 (2011)
  • 著者名/発表者名: 来須孝光、朽津和幸
  • 学会等名: 平成22年度「オートファジー研究会」
  • 発表場所: ヤマハリゾートつま恋
  • 年月日: 2011-01-13
• [学会発表] 植物細胞におけるオートファジー動態の可視化と細胞周期依存性の解析 (2011)
  • 著者名/発表者名: 花俣繁、来須孝光、朽津和幸
  • 学会等名: 平成22年度「オートファジー研究会」
  • 発表場所: ヤマハリゾートつま恋
  • 年月日: 2011-01-13
• [学会発表] シロイヌナズナ活性酸素種生成酵素AtrbohD, AtrbohF の活性化機構の比較解析 (2011)
  • 著者名/発表者名: 木村幸恵、先崎栄里子、賀屋秀隆、朽津和幸
  • 学会等名: 第52回日本植物生理学会
  • 発表場所: 東北大学
• [学会発表] シロイヌナズナNADPH oxidase AtrbohA-Jの網羅的比較解析 (2011)
  • 著者名/発表者名: 河原崎朋子、今井亜耶、森恭一郎、賀屋秀隆、朽津和幸
  • 学会等名: 第52回日本植物生理学会
  • 発表場所: 東北大学
• [学会発表] 8-ニトロcGMP生成に及ぼす活性酸素の給源 (2011)
  • 著者名/発表者名: 上土井貴裕、西谷章子、赤池孝章、澤智裕、朽津和幸、岩井純夫
  • 学会等名: 第52回日本植物生理学会
  • 発表場所: 東北大学
• [学会発表] イネの膜電位依存性陽イオンチャネルOsTPC1の細胞内局在と感染防御応答における機能解析 (2011)
  • 著者名/発表者名: 濱田晴康、小谷野智子、来須孝光、朽津和幸
  • 学会等名: 第52回日本植物生理学会
  • 発表場所: 東北大学
• [学会発表] 植物の感染防御応答とオートファジー (2011)
  • 著者名/発表者名: 朽津和幸、花俣繁、来須孝光
  • 学会等名: 第52回日本植物生理学会シンポジウム「ベールを脱ぎ始めた植物オートファジー」
  • 発表場所: 東北大学(招待講演)
• [学会発表] 感染認識の初期反応とカルシウム-活性酸素シグナル (2011)
  • 著者名/発表者名: 朽津和幸・濱田晴康・来須孝光
  • 学会等名: 平成23年度日本植物病理学会大会
  • 発表場所: 東京農工大学農学部
• [学会発表] 培養細胞系を利用した新規植物抵抗性誘導剤のスクリーニングと作用機構の解明 (2011)
  • 著者名/発表者名: 齊藤克典・来須孝光・河村康希・朽津和幸
  • 学会等名: 平成23年度日本植物病理学会大会
  • 発表場所: 東京農工大学農学部
• [学会発表] 植物サプリ～植物の耐病性・環境ストレス耐性を制御する薬剤の探索～ (2010)
  • 著者名/発表者名: 朽津和幸
  • 学会等名: Biology Department Seminar
  • 発表場所: Duke University, USA(招待講演)
  • 年月日: 2010-11-12
• [学会発表] Ca^<2+>-ROS Signaling Network Regulating Innate Immunity, Programmed Cell Death and Development in Plants. (2010)
  • 著者名/発表者名: Kuchitsu, K.
  • 学会等名: Plant Biotechnology Center Seminar
  • 発表場所: Ohio State University, USA(招待講演)
  • 年月日: 2010-11-11
• [学会発表] 細胞の増殖・伸長・死の制御と活性酸素-Ca^<2+>シグナルネットワーク (2010)
  • 著者名/発表者名: 朽津和幸
  • 学会等名: 2010年度細胞周期合同セミナー
  • 発表場所: 静岡県伊東市
  • 年月日: 2010-10-01
• [学会発表] 植物サプリ～植物の耐病性環境ストレス耐性を制御する薬剤の探索～ (2010)
  • 著者名/発表者名: 朽津和幸
  • 学会等名: 研究会「化学物質による植物の環境耐性・耐病性の制御」
  • 発表場所: 東京大学農学生命科学研究科
  • 年月日: 2010-08-25
• [学会発表] 植物の生体情報ネットワーク (2010)
  • 著者名/発表者名: 朽津和幸
  • 学会等名: QBICサマースクール
  • 発表場所: 諏訪東京理科大学(招待講演)
  • 年月日: 2010-08-21
• [学会発表] 植物の生体防御と活性酸素Ca^<2+>シグナルネットワーク (2010)
  • 著者名/発表者名: 朽津和幸、来須孝光、賀屋秀隆
  • 学会等名: 第21回日本生体防御学会シンポジウム
  • 発表場所: 仙台市戦災復興記念館(招待講演)
  • 年月日: 2010-07-24
• [学会発表] 植物の活性酸素-Ca^<2+>精報伝達ネットワークと自然免疫・形態形成の制御 (2010)
  • 著者名/発表者名: 朽津和幸
  • 学会等名: 第25回東北大学生命科学青葉山セミナー
  • 発表場所: 東北大学理学部(招待講演)
  • 年月日: 2010-07-23
• [学会発表] Ca^<2+>-ROS signaling network regulating innate immunity, programmed cell death and development in plants. (2010)
  • 著者名/発表者名: Kuchitsu, K.
  • 学会等名: International Symposium of Innovative Research Center for Agricultural Sciences "Multiple Functions of Plant Membrane Protein"
  • 発表場所: 東北大学農学部
  • 年月日: 2010-07-22
• [学会発表] 植物のCa^<2+>-活性酸素情報伝達ネットワークと自然免疫・形態形成の制御 (2010)
  • 著者名/発表者名: 朽津和幸
  • 学会等名: 第67回Plant Science Seminar
  • 発表場所: 北海道大学理学部(招待講演)
  • 年月日: 2010-07-09
• [学会発表] 植物のストレス応答と活性酸素-Ca^<2+>シグナルネットワーク (2010)
  • 著者名/発表者名: 朽津和幸、来須孝光、賀屋秀隆
  • 学会等名: 国際シンポジウム『微細藻類のバイオテクノロジー～食料・環境・エネルギー』
  • 発表場所: 東京大学弥生講堂
  • 年月日: 2010-05-31
• [学会発表] 膜動態を介した植物免疫の新規制御機構の解析～タバコBY-2培養細胞の感染防御応答におけるオートファジー動態～ (2010)
  • 著者名/発表者名: 来須孝光、花俣繁、河村康希、齊藤克典、朽津和幸
  • 学会等名: 国際シンポジウム『微細藻類のバイオテクノロジー～食料・環境・エネルギー』
  • 発表場所: 東京大学弥生講堂
  • 年月日: 2010-05-31
• [学会発表] Enhanced resistance against both pathogens and insects by overexpression of a tobacco MAP kinase, WIPK. (2010)
  • 著者名/発表者名: Amano, Y., Seo, S., Kawazu, K., Sato, Y., Sugeno, W., Mochizuki, A., Kuchitsu, K., Ohashi, Y., Mitsuhara, I.
  • 学会等名: 国際シンポジウム『微細藻類のバイオテクノロジー～食料・環境・エネルギー』
  • 発表場所: 東京大学弥生講堂
  • 年月日: 2010-05-31
• [学会発表] 植物の活性酸素種-Ca^<2+>情報伝達ネットワークと自然免疫の制御 (2010)
  • 著者名/発表者名: 朽津和幸
  • 学会等名: 日本農芸化学会中四国支部第3回農芸化学の未来開拓セミナー
  • 発表場所: 岡山大学 津島キャンパス(招待講演)
• [学会発表] タバコBY-2細胞の感染防御応答に伴うオートファジーの動態とその生理的意義 (2010)
  • 著者名/発表者名: 花俣繁, 来須孝光, 河村康希, 朽津和幸
  • 学会等名: 第62回日本細胞生物学会大会
  • 発表場所: 大阪国際会議場
• [学会発表] REGULATION OF MICROBE-ASSOCIATED MOLECULAR PATTERN-NDUCED DEFENSE RESPONSES BY CALCINEURIN B-LIKE PROTEIN-INTERACTING PROTEIN KINASES. (2010)
  • 著者名/発表者名: Kurusu, T., Hamada, J., Nokajima, H., Kitagawa, Y., Kiyoduka, M., Takahashi, A., Hanamata, S., Okada, K., Hirochika, H., Yamane, H., Kuchitsu, K.
  • 学会等名: 21st International Conference on Arabidopsis Research
  • 発表場所: パシフィコ横浜
• [学会発表] INTERRELATIONSHIP BETWEEN MAMP-INDUCED DEFENSE RESPONSES AND CELL CYCLE PROGRESSION USING SYNCHRONOUS-CULTURED ARABIDOPSIS CELLS. (2010)
  • 著者名/発表者名: Takahashi, S., Ohno, R., Maeda, Y., Kimura, S., Abe, Y., Umeda, M., Kuchitsu, K.
  • 学会等名: 21st International Conference on Arabidopsis Research
  • 発表場所: パシフィコ横浜
• [学会発表] SCREENING FOR NOVEL REGULATORS OF ATRBOHD AND ATRBOHF, NADAPH OXIDASES INVOLVED IN PRODUCTION OF REACTIVE OXYGEN SPECIES. (2010)
  • 著者名/発表者名: Kawarazaki, T., Michikawa, M., Imai, A., Niibori, H., Kaya, H., Kuchitsu, K.
  • 学会等名: 21st International Conference on Arabidopsis Research
  • 発表場所: パシフィコ横浜
• [学会発表] REGULATION OF ROS-PRODUCING ACTIVITY OF AN ARABIDOPSIS NADPH OXIDASE, ATRBOHF, BY BINDING OF CA^<2+> AND PHOSPHORYLATION. (2010)
  • 著者名/発表者名: Kimura, S., Okai, M., Kaya, H., Tanokura, M., Kuchitsu, K.
  • 学会等名: 21st International Conference on Arabidopsis Research
  • 発表場所: パシフィコ横浜
• [学会発表] 感染認識の初期反応とカルシウム-活性酸素シグナル (2010)
  • 著者名/発表者名: 朽津和幸、来須孝光、濱田晴康、賀屋秀隆
  • 学会等名: 日本植物学会第74回大会シンポジウム「ストレス耐性とイオンチャネル」
  • 発表場所: 中部大学(招待講演)
• [学会発表] 花粉特異的に発現するシロイヌナズナの活性酸素種生成酵素AtrbohH, AtrbohJ の機能解析 (2010)
  • 著者名/発表者名: 賀屋秀隆、中島諒、先崎栄里子、朽津和幸
  • 学会等名: 日本植物学会第74回大会
  • 発表場所: 中部大学
• [学会発表] イネ培養細胞の感染防御応答・ファイトアレキシン生合成の制御におけるCa^<2+>チャネル候補因子OsTPC1の役割 (2010)
  • 著者名/発表者名: 濱田晴康、清塚正弘、来須孝光、能鹿島央司、小谷野智子、岡田憲典、古賀仁一郎、山根久和、朽津和幸
  • 学会等名: 日本植物学会第74回大会
  • 発表場所: 中部大学
• [学会発表] イネ培養細胞の自然免疫応答におけるCa^<2+>制御型プロテインキナーゼOsCIPK14/15の機能解析 (2010)
  • 著者名/発表者名: 来須孝光、山本崇史、北川陽一郎、岡田憲典、古賀仁一郎、山根久和、朽津和幸
  • 学会等名: 日本植物学会第74回大会
  • 発表場所: 中部大学
• [学会発表] 活性酸素種生成酵素AtrbohD, AtrbohFの活性化制御候補因子の単離と機能解析 (2010)
  • 著者名/発表者名: 新堀仁美、今井亜耶、路川真貴、河原崎朋子、賀屋秀隆、朽津和幸
  • 学会等名: 日本植物学会第74回大会
  • 発表場所: 中部大学
• [学会発表] HEK293T 細胞を用いた異種共発現系によるシロイヌナズナNADPH oxidase の活性調節機構の解析 (2010)
  • 著者名/発表者名: 今井亜耶、新堀仁美、路川真貴、河原崎朋子、賀屋秀隆、朽津和幸
  • 学会等名: 日本植物学会第74回大会
  • 発表場所: 中部大学
• [学会発表] 植物の生き方と情報ネットワーク (2010)
  • 著者名/発表者名: 朽津和幸
  • 学会等名: 京都大学基礎物理学研究所研究会「量子科学における双対性とスケール」
  • 発表場所: 京都大学 基礎物理学研究所 湯川記念館(招待講演)
• [学会発表] Phospho-proteomic approach to the identification of molecular targets regulating elicitor-induced calcium mobilization. (2010)
  • 著者名/発表者名: Hamada, H., Katsura, N., Kurusu, T., Kuchitsu, K.
  • 学会等名: 第2回国際シンポジウム:農学プロテオーム研究の最前線
  • 発表場所: つくば農林ホール
• [学会発表] シロイヌナズナ活性酸素種生成酵素AtrbohD, AtrbohF の新奇活性制御候補因子の単離と機能解析 (2010)
  • 著者名/発表者名: 路川真貴、河原崎朋子、新堀仁美、今井亜耶、賀屋秀隆、朽津和幸
  • 学会等名: BMB2010(第33回日本分子生物学会年会・第83回日本生化学会大会 合同大会)
  • 発表場所: 神戸ポートアイランド(招待講演)
• [学会発表] イネ培養細胞の感染防御応答におけるCa^<2+>動員とCa^<2+>を介した情報伝達に関与する因子の解析 (2010)
  • 著者名/発表者名: 来須孝光、濱田晴康、賀屋秀隆、朽津和幸
  • 学会等名: BMB2010(第33回日本分子生物学会年会・第83回日本生化学会大会 合同大会)
  • 発表場所: 神戸ポートアイランド
• [学会発表] シロイヌナズナ活性酸素種生成酵素AtrbohA-Jの網羅的比較解析 (2010)
  • 著者名/発表者名: 河原崎朋子、今井亜耶、森恭一郎、賀屋秀隆、朽津和幸
  • 学会等名: BMB2010(第33回日本分子生物学会年会・第83回日本生化学会大会 合同大会)
  • 発表場所: 神戸ポートアイランド
• [学会発表] DYNAMICS OF AUTOPHAGY DURING PATHOGENIC SIGNAL-TRIGGERED IMMUNE RESPONSES IN TOBACCO BY-2 CELLS (2009)
  • 著者名/発表者名: 花俣繁, 他
  • 学会等名: 第32回日本分子生物学会
  • 発表場所: パシフィコ横浜
  • 年月日: 2009-12-12
• [学会発表] タバコBY-2細胞のエリシター誘導性の自然免疫応答におけるオートファジーの動態と役割 (2009)
  • 著者名/発表者名: 河村康希, 他
  • 学会等名: 日本植物学会第73回大会
  • 発表場所: 山形大学
  • 年月日: 2009-09-19
• [学会発表] オートファジーを介した植物細胞の感染防御応答の制御 (2009)
  • 著者名/発表者名: 朽津和幸, 他
  • 学会等名: シンポジウム「動物と植物の免疫系その共通性と多様性」
  • 発表場所: 明治大学駿河台キャンパス
  • 年月日: 2009-09-14
• [学会発表] 植物細胞の感染防御応答の細胞周期依存性とオートファジー動態の可視化解析 (2009)
  • 著者名/発表者名: 花俣繁, 他
  • 学会等名: 第18回日本バイオイメージング学会
  • 発表場所: 就実大学(岡山)
  • 年月日: 2009-09-04
• [学会発表] オートファジーを介したタバコBY-2細胞の感染防御応答の制御 (2009)
  • 著者名/発表者名: 朽津和幸, 他
  • 学会等名: 第27回日本植物細胞分子生物学会
  • 発表場所: 日本大学生物資源科学部湘南キャンパス
  • 年月日: 2009-07-30
• [学会発表] Molecular mechanism for activation of Arabidopsis NADPH oxidase AtrbohF by Ca^<2+> and phosphorylation (2009)
  • 著者名/発表者名: Kimura, S., 他
  • 学会等名: International Symposium 2009『Signaling Functions of Reactive Oxygen Species』
  • 発表場所: ホテルグリーンピア南阿蘇
  • 年月日: 2009-07-18
• [学会発表] Identification and functional analyses of regulatory factors for Arabidopsis NADPH oxidases (2009)
  • 著者名/発表者名: Senzaki, E., 他
  • 学会等名: International Symposium 2009『Signaling Functions of Reactive Oxygen Species』
  • 発表場所: ホテルグリーンピア南阿蘇
  • 年月日: 2009-07-18
• [学会発表] Physiological functions and regulation of enzymatic production of reactive oxygen species in plants : comprehensive functional analyses of the NADPH oxidase, respiratory burst oxidase homologs, in Arabidopsis and rice (2009)
  • 著者名/発表者名: 朽津和幸, 他
  • 学会等名: International Symposium 2009『Signaling Functions of Reactive Oxygen Species』
  • 発表場所: ホテルグリーンピア南阿蘇
  • 年月日: 2009-07-18
• [学会発表] DYNAMICS OF AUTOPHAGY DURING PATHOGENIC SIGNAL-TRIGGERED IMMUNE RESPONSES IN TOBACCO BY-2 CELLS (2009)
  • 著者名/発表者名: Kurusu, T., 他
  • 学会等名: 第5回オートファジー国際会議
  • 発表場所: 大津プリンスホテル(滋賀)
• [学会発表] REGULATION OF PLANT IMMUNE RESPONSES BY MODULATION OF AUTOPHAGY (2009)
  • 著者名/発表者名: 朽津和幸, 他
  • 学会等名: 第5回オートファジー国際会議
  • 発表場所: 大津プリンスホテル(滋賀)
• [図書] 植物のシグナル伝達一分子と応答 (2011)
  • 著者名/発表者名: 濱田睛康、来須孝光、朽津和幸
  • 総ページ数: 238
  • 出版者: 共立出版
• [備考]
  • URL: http://www.tus.ac.jp/news/news.php?20100713093644
• [備考] 現在、当該研究成果を紹介するページを準備中
• [産業財産権] METHOD OF SCREENING FOR PLANT DEFENSE ACTIVATORS, PLANT DEFENSE ACTIVATORS, AND METHOD OF ENHANCING IMMUNE RESPONSE. (2010)
  • 発明者名: Kuchitsu, K., Kurusu, T.
  • 権利者名: Kuchitsu, K., Kurusu, T.
  • 出願年月日: 2010-08-31
  • 外国