植食性昆虫とその腸内細菌による危険信号分子の産生と植物の受容機構

• 研究課題/領域番号: 21K05506
• 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38060:応用分子細胞生物学関連
• 研究機関: 岡山大学
• 研究代表者: 新屋 友規 岡山大学, 資源植物科学研究所, 准教授 (80514207)
• 研究期間 (年度): 2021-04-01 – 2025-03-31
• 研究課題ステータス: 交付 (2023年度)
• 配分額: 4,160千円 (直接経費: 3,200千円、間接経費: 960千円); 2024年度: 910千円 (直接経費: 700千円、間接経費: 210千円); 2023年度: 1,040千円 (直接経費: 800千円、間接経費: 240千円); 2022年度: 1,170千円 (直接経費: 900千円、間接経費: 270千円); 2021年度: 1,040千円 (直接経費: 800千円、間接経費: 240千円)
• キーワード: 植物-昆虫間相互作用 / 植物免疫 / 細胞壁 / イネ / 植食性昆虫 / 腸内細菌 / エリシター

研究開始時の研究の概要

昆虫の食害に対する植物の認識系は、植物免疫機構の最前線で効果的な防御応答の誘導に重要な役割を果たしている。本研究では、昆虫食害時に産生する植物細胞壁由来断片が、植物の自己組織の損傷という危険信号として機能すると考えた。この仮説を検証するため、イネを食害するクサシロキヨトウ幼虫を用いた系で研究を展開する。細胞壁の分解においては昆虫腸内細菌に由来する酵素の重要性に注目して、危険信号の産生分子メカニズムを明らかにするとともに、植物の危険信号認識機構に迫る研究を行う。

研究実績の概要

植物は外敵との攻防において、外敵を適切に認識することで効果的に防御機構を駆動する。植食性昆虫の食害時には、植物自身の損傷にともない様々な植物由来の断片分子が生じ、その一部がエリシターとして植物に認識されることが知られている。近年、我々も植物細胞壁由来の新規糖鎖エリシターを、イネとイネを食害するクサシロキヨトウの相互作用系から見出していた。本研究では、イネ細胞壁損傷におけるクサシロキヨトウ腸内細菌の関与に注目して、植物由来糖鎖エリシターの食害時産生メカニズムを明らかにするとともに、植物の昆虫エリシター認識機構に迫る研究を行うことを目的としている。
これまでに、クサシロキヨトウの腸内細菌がイネ由来エリシター産生に関与していることを明らかにしている。さらに、クサシロキヨトウの腸内細菌の菌叢解析を行い、腸内細菌の一部が、当該糖鎖エリシター産生に関わる酵素を有していることを明らかにしていた。令和５年度は、クサシロキヨトウと他の害虫の腸内細菌叢の比較解析を進めた。その結果、当該エリシター産生酵素の遺伝子を有する、クサシロキヨトウ腸内で見出された細菌種が、他の昆虫腸内においても存在することが明らかになった。さらに、当該エリシター産生酵素の遺伝子は、広く微生物に存在することも確認した。以上のことから、本研究で見出した「腸内細菌の昆虫食害認識への関与」がイネ-クサシロキヨトウ相互作用だけでなく、他の植物-植食性昆虫間の相互作用においても存在する可能性が示された。

現在までの達成度 (区分)

1: 当初の計画以上に進展している

理由

現在までに、イネの食害認識に関わる植物由来エリシター産生において、クサシロキヨトウ腸内細菌がどのような役割を果たすか、分子メカニズムに関する多くの成果を得た。本研究の主要な目的の一つである「植食性昆虫の食害認識における腸内細菌の関与」について研究計画に沿って達成されたと考えている。また、イネの食害受容機構について、現在までに一定性の成果を得ているが、引き続き解析を進めていく。

今後の研究の推進方策

イネの当該糖鎖の認識機構の理解に向けて、関与する受容体や膜タンパク質の同定に向けた実験を行う。応答解析としてリーフディスクや幼植物体を用いた簡易な昆虫エリシター応答解析系の構築を進めており、引き続き実験系の最適化を行うとともに、候補遺伝子の欠損変異体を用いた解析を行う。また、当該エリシター認識・応答解析に加え、新たな昆虫エリシターの解析を推進する予定である。植食性昆虫の食害認識における腸内細菌の関与について、これまで得られた成果をまとめ学術誌へ投稿する。

研究成果

• [雑誌論文] Glucosylation prevents autotoxicity of stress inducible DOPA in maize seedlings (2023)
  • 著者名/発表者名: Aboshi Takako、Ittou Kohei、Galis Ivan、Shinya Tomonori、Murayama Tetsuya
  • 雑誌名: Plant Growth Regulation 巻: 101 号: 1 ページ: 159-167
  • DOI: 10.1007/s10725-023-01009-w
  • 査読あり
• [雑誌論文] BSR1, a Rice Receptor-like Cytoplasmic Kinase, Positively Regulates Defense Responses to Herbivory (2023)
  • 著者名/発表者名: Kanda Yasukazu、Shinya Tomonori、Maeda Satoru、Mujiono Kadis、Hojo Yuko、Tomita Keisuke、Okada Kazunori、Kamakura Takashi、Galis Ivan、Mori Masaki
  • 雑誌名: International Journal of Molecular Sciences 巻: 24 号: 12 ページ: 10395-10395
  • DOI: 10.3390/ijms241210395
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Comparative analysis of sorghum (C4) and rice (C3) plant headspace volatiles induced by artificial herbivory (2023)
  • 著者名/発表者名: Osinde Cyprian、Sobhy Islam S.、Wari David、Dinh Son Truong、Hojo Yuko、Osibe Dandy A.、Shinya Tomonori、Tugume Arthur K.、Nsubuga Anthony M.、Galis Ivan
  • 雑誌名: Plant Signal. Behav 巻: 18 号: 1 ページ: 2243064-2243064
  • DOI: 10.1080/15592324.2023.2243064
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] 植物の自己損傷感知による昆虫食害認識機構 (2022)
  • 著者名/発表者名: 新屋友規、小竹敬久、Galis Ivan
  • 雑誌名: 日本農薬学会誌 巻: 47 号: 2 ページ: 74-77
  • DOI: 10.1584/jpestics.W22-17
  • ISSN: 2187-0365, 2187-8692
  • 年月日: 2022-08-20
  • 査読あり
• [雑誌論文] The rice wound-inducible transcription factor RERJ1 sharing same signal transduction pathway with OsMYC2 is necessary for defense response to herbivory and bacterial blight (2022)
  • 著者名/発表者名: Valea Ioana、Motegi Atsushi、Kawamura Naoko、Kawamoto Koichi、Miyao Akio、Ozawa Rika、Takabayashi Junji、Gomi Kenji、Nemoto Keiichirou、Nozawa Akira、Sawasaki Tatsuya、Shinya Tomonori、Galis Ivan、Miyamoto Koji、Nojiri Hideaki、Okada Kazunori
  • 雑誌名: Plant Molecular Biology 巻: 109 号: 4-5 ページ: 651
  • DOI: 10.1007/s11103-021-01186-0
  • 査読あり
• [雑誌論文] Chitooligosaccharide elicitor and oxylipins synergistically elevate phytoalexin production in rice (2022)
  • 著者名/発表者名: Shinya Tomonori、Miyamoto Koji、Uchida Kenichi、Hojo Yuko、Yumoto Emi、Okada Kazunori、Yamane Hisakazu、Galis Ivan
  • 雑誌名: Plant Molecular Biology 巻: 109 号: 4-5 ページ: 595
  • DOI: 10.1007/s11103-021-01217-w
  • 査読あり
• [雑誌論文] Integrated view of plant metabolic defense with particular focus on chewing herbivores (2022)
  • 著者名/発表者名: Wari David、Aboshi Takako、Shinya Tomonori、Galis Ivan
  • 雑誌名: Journal of Integrative Plant Biology 巻: 64 号: 2 ページ: 449-475
  • DOI: 10.1111/jipb.13204
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Phytohormone‐dependent plant defense signaling orchestrated by oral bacteria of the herbivore <i>Spodoptera litura</i> (2021)
  • 著者名/発表者名: Yamasaki Yukiyo、Sumioka Hiroka、Takiguchi Mayu、Uemura Takuya、Kihara Yuka、Shinya Tomonori、Galis Ivan、Arimura Gen‐ichiro
  • 雑誌名: New Phytologist 巻: 231 号: 5 ページ: 2029-2038
  • DOI: 10.1111/nph.17444
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Deciphering OPDA Signaling Components in the Momilactone-Producing Moss Calohypnum plumiforme (2021)
  • 著者名/発表者名: Hideo Inagaki, Koji Miyamoto, Noriko Ando, Kohei Murakami, Koki Sugisawa, Shion Morita, Emi Yumoto, Miyu Teruya, Kenichi Uchida, Nobuki Kato, Takuya Kaji, Yousuke Takaoka, Yuko Hojo, Tomonori Shinya, Ivan Galis, Akira Nozawa, Tatsuya Sawasaki, Hideaki Nojiri, Minoru Ueda, Kazunori Okada
  • 雑誌名: Frontiers in Plant Science 巻: 12 ページ: 688565-688565
  • DOI: 10.3389/fpls.2021.688565
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Herbivore‐induced and constitutive volatiles are controlled by different oxylipin‐dependent mechanisms in rice (2021)
  • 著者名/発表者名: Mujiono Kadis、Tohi Tilisa、Sobhy Islam S.、Hojo Yuko、Shinya Tomonori、Galis Ivan
  • 雑誌名: Plant, Cell & Environment 巻: 71 号: 8 ページ: 6494-6511
  • DOI: 10.1111/pce.14126
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Phytohormone elicitation in maize by oral secretions of specialist <i>Mythimna separata</i> and generalist <i>Spodoptera litura</i> (2021)
  • 著者名/発表者名: Morita Miki、Yamasaki Yukiyo、Shinya Tomonori、Galis Ivan、Arimura Gen-ichiro
  • 雑誌名: Journal of Plant Interactions 巻: 16 号: 1 ページ: 587-590
  • DOI: 10.1080/17429145.2021.2006334
  • 査読あり / オープンアクセス
• [学会発表] イネ複合病害抵抗性遺伝子BSR1の過剰発現は植食性昆虫に対するファイトアレキシン蓄積および抵抗性を向上させる (2024)
  • 著者名/発表者名: 神田恭和・新屋友規・Wari David ・北條優子・土屋渉 ・藤本瑞・西澤洋子・鎌倉高志・Galis Ivan・森昌樹
  • 学会等名: 令和6年度日本植物病理学会大会
• [学会発表] DIYインセクトレーザー装置によるイネの篩管液採取法の開発 (2024)
  • 著者名/発表者名: 山地直樹・新屋友規・三谷奈見季・ガリス イバン・馬建鋒
  • 学会等名: 第65回日本植物生理学会年会
• [学会発表] Indirect defense in rice: role of silicon in rice volatile production under herbivory stress (2024)
  • 著者名/発表者名: Dandy Ahamefula Osibe, Yuko Hojo, Tomonori Shinya, Ivan Galis
  • 学会等名: 第65回日本植物生理学会年会
• [学会発表] Balancing Responses to Pathogen Infection and Herbivory in Rice Terpenoid Biosynthesis (2024)
  • 著者名/発表者名: Youming Liu, Miki Wada, Masaki Mori, Ivan Galis, Tomonori Shinya, Hideaki Nojiri, Kazunori Okada
  • 学会等名: 26th Biannual International Plant Resistance to Insects (IPRI) Symposium 2024
  • 国際学会
• [学会発表] ナミハダニ分泌エリシター「テトラニン」の植物―植食者共適応機構における機能 (2023)
  • 著者名/発表者名: 遠藤有希子・田中未来・谷村香織・出崎能丈・小澤理香・Maffei Massimo・新屋 友規・Galis Ivan・有村 源一郎
  • 学会等名: 植物化学調節学会第58回大会
• [学会発表] RALFペプチド/マレクチン型受容体キナーゼを介した害虫抵抗性機構の解明 (2023)
  • 著者名/発表者名: 出﨑能丈・吉岡 裕司・林 海斗・二宮 直也・野澤 彰・澤崎 達也・新屋 友規・Galis Ivan・有村源一郎
  • 学会等名: 植物化学調節学会第58回大会
• [学会発表] 植物の昆虫食害認識における腸内細菌の関与 (2023)
  • 著者名/発表者名: 新屋友規
  • 学会等名: 第120回醗酵学懇話会
  • 招待講演
• [学会発表] 植物はどのような分子を認識することで昆虫食害を感知するのか？ (2023)
  • 著者名/発表者名: 新屋友規
  • 学会等名: 第 17 回関西創農薬研究会
  • 招待講演
• [学会発表] Fate of diterpenoid phytoalexins: from induced biosynthesis to degradation (2023)
  • 著者名/発表者名: Youming Liu, Naoki Yamamoto, Masaki Mori, Masaharu Kuroda, Koji Miyamoto, David Wari, Tomonori Shinya, Ivan Galis, Gen-ichiro Arimura, Takuya Sakamoto, Hideaki Nojiri, Kazunori Okada
  • 学会等名: TERPNET 2023
  • 国際学会
• [学会発表] Conserved transcriptional regulation system on the momilactone biosynthetic pathway in the moss with distinct oxylipins as ligands (2023)
  • 著者名/発表者名: Mao Unoki, Hideo Inagaki, Koji Miyamoto, Yousuke Takaoka, Tomonori Shinya, Ivan Galis, Akira Nozawa, Tatsuya Sawasaki, Hideaki Nojiri, Minoru Ueda, Kazunori Okada
  • 学会等名: 24th International Conference on Plant Growth Substances (IPGSA 2023)
  • 国際学会
• [学会発表] Brown planthopper harbors an abundance of microbes for utilization as innovative source of plant defense elicitors (2023)
  • 著者名/発表者名: David Wari・Yuko Hojo・Akio Tani・Tomonori Shinya・Ivan Galis
  • 学会等名: 第64回日本植物生理学会年会
• [学会発表] Rapid silicon distribution and defense in rice exposed to herbivory stress (2023)
  • 著者名/発表者名: Dandy Ahamefula Osibe・Yuko Hojo・Tomonori Shinya・Ivan Galis
  • 学会等名: 第64回日本植物生理学会年会
• [学会発表] イネ複合病害抵抗性遺伝子BSR1の過剰発現は植食性昆虫に対するファイトアレキシン蓄積および抵抗性を向上させる (2023)
  • 著者名/発表者名: 神田恭和・新屋友規・前田 哲・Mujiono Kadis・北條優子・富田啓介・岡田憲典・鎌倉高志・Galis Ivan・森昌樹
  • 学会等名: 令和5年度日本植物病理学会大会
• [学会発表] ナミハダニの分泌性エリシター「テトラニン」の同定 (2022)
  • 著者名/発表者名: 田中未来・遠藤有希子・谷村香織・出崎能丈・小澤理香・Maffei Massimo. E.・新屋友規・Galis Ivan・有村源一郎
  • 学会等名: 生物環境イノベーション研究部門 第3回シンポジウム
• [学会発表] RALF/Malectin型受容体キナーゼを介した虫害抵抗性シグナル伝達機構の解明 (2022)
  • 著者名/発表者名: 吉岡裕司・二宮直也・小倉菜桜・中島慈・野澤彰・新屋友規・Galis Ivan・澤崎達也・出崎能丈・有村源一郎
  • 学会等名: 生物環境イノベーション研究部門 第3回シンポジウム
• [学会発表] イネの化学防御における環境ストレスセンシング (2022)
  • 著者名/発表者名: 岡田憲典・宮本皓司・宮崎翔・新屋友規・Galis Ivan
  • 学会等名: 生物環境イノベーション研究部門 第3回シンポジウム
• [学会発表] ナミハダニの分泌性タンパク質エリシター「テトラニン」の同定 (2022)
  • 著者名/発表者名: 田中未来・谷村香織・遠藤有希子・出崎能丈・小澤理香・Maffei Massimo. E.・新屋友規・Galis Ivan・有村源一郎
  • 学会等名: 第45回日本分子生物学会年会
• [学会発表] Systemic defense against herbivores in rice: Not really the case (2022)
  • 著者名/発表者名: Ivan Galis, Taiga Kuwabara, Yuko Hojo, David Wari, Tomonori Shinya
  • 学会等名: 3rd ISCE-APACE Joint Meeting
  • 国際学会
• [学会発表] Brown planthopper honeydew-associated microbes and their role in rice defense; a laboratory and field approach (2022)
  • 著者名/発表者名: David Wari, Yuko Hojo, Akio Tani, Tomonori Shinya, Ivan Galis
  • 学会等名: 3rd ISCE-APACE Joint Meeting
  • 国際学会
• [学会発表] Dynamics of Silicification and the Role of Silicon in Rice Defense against Chewing and Sucking Herbivores (2022)
  • 著者名/発表者名: Dandy Ahamefula Osibe, Yuko Hojo, Tomonori Shinya, Ivan Galis
  • 学会等名: 3rd ISCE-APACE Joint Meeting
  • 国際学会
• [学会発表] 植物の自己損傷感知による昆虫食害認識機構 (2022)
  • 著者名/発表者名: 新屋友規・小竹敬久・Galis Ivan
  • 学会等名: 日本農薬学会第47回大会
  • 招待講演
• [学会発表] イネ葉におけるジャスモン酸を介したシステミックな防御応答 (2022)
  • 著者名/発表者名: 桑原大芽・北條優子・新屋友規・Galis Ivan
  • 学会等名: 第63回日本植物生理学会年会
• [学会発表] Characterization of honeydew-associated microbes of brown planthoppers and their role in rice defense (2022)
  • 著者名/発表者名: Wari David・北條優子・谷明生・新屋友規・Galis Ivan
  • 学会等名: 第63回日本植物生理学会年会
• [学会発表] イネ複合病害抵抗性遺伝子BSR1は食害昆虫に対する防御応答にも関与する (2022)
  • 著者名/発表者名: 神田恭和・新屋友規・前田哲・Galis Ivan・鎌倉高志・森 昌樹
  • 学会等名: 令和4年度日本植物病理学会大会
• [学会発表] 植物の昆虫食害認識機構から探る耐虫性作物作成への展望 (2021)
  • 著者名/発表者名: 新屋友規
  • 学会等名: 日本農芸化学会中四国支部 支部創立20周年記念 第33回 若手研究者シンポジウム「農芸化学応用研究の新潮流」
  • 招待講演
• [学会発表] シロイヌナズナの虫害応答シグナル伝達系におけるハスモンヨトウ唾液内細菌の機能の解明 (2021)
  • 著者名/発表者名: 瀧口麻由・上村卓矢・住岡裕香・山崎廉予・木原侑香・新屋友規・Galis Ivan、有村源一郎
  • 学会等名: 第44回日本分子生物学会年会
• [学会発表] ナミハダニのタンパク質エリシター「テトラニン」の機能解析 (2021)
  • 著者名/発表者名: 田中未来・谷村香織・若谷晃汰・小澤理香・北條優子・新屋友規・Galis Ivan・出崎能丈・有村源一郎
  • 学会等名: 第44回日本分子生物学会年会
• [備考] 岡山大学 資源植物科学研究所/大学院環境生命科学研究科 植物-昆虫間相互作用グループ
  • URL: https://www.rib.okayama-u.ac.jp/PII/
• [備考] 岡山大学資源植物科学研究所
  • URL: https://www.rib.okayama-u.ac.jp/
• [備考] 岡山大学 資源植物科学研究所/大学院環境生命科学研究科 植物-昆虫間相互作用グループ
  • URL: http://www.rib.okayama-u.ac.jp/PII/
• [備考] 岡山大学資源植物科学研究所
  • URL: http://www.rib.okayama-u.ac.jp/index-j.html