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植物のR遺伝子による病害虫抵抗性誘導のフェーズ移行を捉える

研究課題

研究課題/領域番号 21K05591
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
研究機関東北大学

研究代表者

宮下 脩平  東北大学, 農学研究科, 助教 (60556710)

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 *注記
4,160千円 (直接経費: 3,200千円、間接経費: 960千円)
2023年度: 910千円 (直接経費: 700千円、間接経費: 210千円)
2022年度: 1,690千円 (直接経費: 1,300千円、間接経費: 390千円)
2021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R遺伝子 / 抵抗性 / 細胞死 / 植物ウイルス / 植物 / 病害虫
研究開始時の研究の概要

世界では作物生産の約4分の1が病虫害で失われている。その被害を環境負荷の少ない方法で減らすことは人類共通の課題である。一つの方法として植物の病害虫抵抗性遺伝子(R遺伝子)の利用があるが、R遺伝子による抵抗性は植物が自然界で長い年月を経て獲得したものであり、農業現場で求められる形質と必ずしも合致しない。研究代表者はR遺伝子による病害虫抵抗性誘導において、個体レベルの抵抗性誘導から集団レベルの抵抗性誘導への「フェーズ移行」があると仮定するとこれまで複雑とされてきた抵抗性誘導経路を整理して把握できる可能性に気づいた。本研究ではこれを検証する。本研究の成果は農業現場でのR遺伝子有効活用につながりうる。

研究実績の概要

1)アグロインフェクションによる同期的抵抗性誘導系の構築
R遺伝子形質転換体N. benthamiana由来培養細胞を作製して、これをプロトプラスト化してウイルスを接種することにより、同期的な感染・抵抗性誘導系の確立を試みた。R遺伝子形質転換体N. benthamianaでHRによる細胞死を誘導する野生型CMVRNAを接種してみたところ、期待に反して細胞死が起きなかったためRタンパク質の蓄積量を調べたところ、植物体での蓄積量よりかなり低いことが明らかとなった。培養細胞作製当初は期待通りの発現量が見られていたことから、継代するにしたがって蓄積量が低下するようになってしまったものと考えられた。
2)ERダウングレードの検討
昨年度、dsRNAの外生投与により特定のR遺伝子によるER誘導をHR誘導にダウングレードできる可能性が明らかになった。今年度はシロイヌナズナのR遺伝子による誘導抵抗性を網羅的にダウングレードすることを目的として、R遺伝子に高い相同性でマッチするsRNA候補配列となる30塩基配列を4パターン抽出し、これを4回繰り返したdsRNAを合成するための系を確立した。これをシロイヌナズナに外生投与し、いくつかのR遺伝子について発現量を調べたところ、大きな変化が見られなかったことから、外生投与条件の検討が必要であることが明らかになった。そこでdsRNA導入効率を上昇させるペプチドの利用を検討し始めた。
3)ER誘導およびmircroHR誘導のCMV変異体
投稿論文にまとめて受理され、公開された。

現在までの達成度 (区分)
現在までの達成度 (区分)

3: やや遅れている

理由

期待に反した結果となった実験が多く、遅れていると言わざるを得ないが、改善すべき点も分かっていることから、「やや遅れている」とした。

今後の研究の推進方策

1)アグロインフェクションによる同期的抵抗性誘導系の構築
R遺伝子形質転換体N. benthamiana由来培養細胞を定期的に作製し、早い時期に実験に使用することを検討する。また、昨年度手をつけられなかったR遺伝子形質転換体N. benthamiana葉肉由来のプロトプラスト作製・ウイルス接種による同期的な感染・抵抗性誘導系の確立も試みる。
2)
dsRNA導入効率を上昇させるペプチドの利用によりR遺伝子による誘導抵抗性の網羅的ダウングレードを試みるほか、ペアNLR型R遺伝子によって共通に利用されているhelper NLRについてdsRNAを用いたノックダウンを行い、(網羅的ではないが)多数のR遺伝子による誘導抵抗性のダウングレードを試みる。

報告書

(3件)
  • 2023 実施状況報告書
  • 2022 実施状況報告書
  • 2021 実施状況報告書
  • 研究成果

    (46件)

すべて 2024 2023 2022 2021 その他

すべて 国際共同研究 (2件) 雑誌論文 (10件) (うち国際共著 5件、 査読あり 9件、 オープンアクセス 7件) 学会発表 (32件) (うち国際学会 1件、 招待講演 3件) 図書 (1件) 備考 (1件)

  • [国際共同研究] Ohio State University(米国)

    • 関連する報告書
      2023 実施状況報告書
  • [国際共同研究] ユトレヒト大学(オランダ)

    • 関連する報告書
      2021 実施状況報告書
  • [雑誌論文] Intracellular bottlenecking permits no more than three tomato yellow leaf curl virus genomes to initiate replication in a single cell2023

    • 著者名/発表者名
      Ren Ruifan、Zheng Limin、Han Junping、Perdoncini Carvalho Camila、Miyashita Shuhei、Zhang Deyong、Qu Feng
    • 雑誌名

      PLOS Pathogens

      巻: 19 号: 5 ページ: e1011365-e1011365

    • DOI

      10.1371/journal.ppat.1011365

    • 関連する報告書
      2023 実施状況報告書
    • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
  • [雑誌論文] Artificial coat protein variants of cucumber mosaic virus induce enhanced resistance upon recognition by an R gene2023

    • 著者名/発表者名
      Karino Gai、Abebe Derib Alemu、Saijo Yuki、Takahashi Hideki、Miyashita Shuhei
    • 雑誌名

      Journal of General Plant Pathology

      巻: 89 号: 5 ページ: 277-287

    • DOI

      10.1007/s10327-023-01133-5

    • 関連する報告書
      2023 実施状況報告書
    • 査読あり / 国際共著
  • [雑誌論文] Single-cell mutation rate of turnip crinkle virus (-)-strand replication intermediates2023

    • 著者名/発表者名
      Carvalho Camila Perdoncini、Han Junping、Khemsom Khwannarin、Ren Ruifan、Camargo Luis Eduardo Aranha、Miyashita Shuhei、Qu Feng
    • 雑誌名

      PLOS Pathogens

      巻: 19 号: 8 ページ: e1011395-e1011395

    • DOI

      10.1371/journal.ppat.1011395

    • 関連する報告書
      2023 実施状況報告書
    • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
  • [雑誌論文] High-Resolution X-ray Phase-Contrast Imaging and Sensory and Rheometer Tests in Cooked Edamame2022

    • 著者名/発表者名
      Hidaka Masafumi、Miyashita Shuhei、Yagi Naoto、Hoshino Masato、Kogasaka Yukiya、Fujii Tomoyuki、Kanayama Yoshinori
    • 雑誌名

      Foods

      巻: 11 号: 5 ページ: 730-730

    • DOI

      10.3390/foods11050730

    • 関連する報告書
      2022 実施状況報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Activation of plant immunity by exposure to dinitrogen pentoxide gas generated from air using plasma technology2022

    • 著者名/発表者名
      Tsukidate Daiki、Takashima Keisuke、Sasaki Shota、Miyashita Shuhei、Kaneko Toshiro、Takahashi Hideki、Ando Sugihiro
    • 雑誌名

      PLOS ONE

      巻: 17 号: 6 ページ: 0269863-0269863

    • DOI

      10.1371/journal.pone.0269863

    • 関連する報告書
      2022 実施状況報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Isolation of Burkholderia jumbo phages and their utilization as biocontrol agents to suppress rice seedling rot disease2022

    • 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

    • 関連する報告書
      2022 実施状況報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Cucumber Mosaic Virus Infection in Arabidopsis: A Conditional Mutualistic Symbiont?2022

    • 著者名/発表者名
      Takahashi Hideki、Tabara Midori、Miyashita Shuhei、Ando Sugihiro、Kawano Shuichi、Kanayama Yoshinori、Fukuhara Toshiyuki、Kormelink Richard
    • 雑誌名

      Frontiers in Microbiology

      巻: 12 ページ: 770925-770925

    • DOI

      10.3389/fmicb.2021.770925

    • 関連する報告書
      2021 実施状況報告書
    • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
  • [雑誌論文] 陸上植物の抗ウイルス集団抵抗性~感染個体の死が周囲の血縁個体を守る~2022

    • 著者名/発表者名
      宮下脩平・Derib A Abebe
    • 雑誌名

      化学と生物

      巻: 60 ページ: 55-56

    • 関連する報告書
      2021 実施状況報告書
  • [雑誌論文] Plant death caused by inefficient induction of antiviral R-gene-mediated resistance may function as a suicidal population resistance mechanism2021

    • 著者名/発表者名
      Abebe Derib A.、van Bentum Sietske、Suzuki Machi、Ando Sugihiro、Takahashi Hideki、Miyashita Shuhei
    • 雑誌名

      Communications Biology

      巻: 4 号: 1 ページ: 947-947

    • DOI

      10.1038/s42003-021-02482-7

    • 関連する報告書
      2021 実施状況報告書
    • 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

    • 関連する報告書
      2021 実施状況報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [学会発表] 活性酸素種および活性窒素種の状態が変化したタバコではキュウリモザイクウイルス黄斑系統[CMV(Y)]の全身移行と病徴発現が抑制される2024

    • 著者名/発表者名
      高橋英樹・佐々木渉太・高島圭介・金子俊郎・宮下脩平
    • 学会等名
      令和6年度日本植物病理学会大会
    • 関連する報告書
      2023 実施状況報告書
  • [学会発表] 活性酸素種および活性窒素種の状態が変化したタバコにおけるキュウリモザイクウイルスMOIの低下2024

    • 著者名/発表者名
      入野田和奏・佐々木渉太・高島圭介・金子俊郎・高橋英樹・宮下脩平
    • 学会等名
      令和6年度日本植物病理学会大会
    • 関連する報告書
      2023 実施状況報告書
  • [学会発表] 青枯病菌に感染するジャンボファージカクテルの病害抑制資材化に向けた検討2024

    • 著者名/発表者名
      宮下 脩平・Zeenat Niaz・阿部 香奈・高橋 英樹
    • 学会等名
      令和6年度日本植物病理学会大会
    • 関連する報告書
      2023 実施状況報告書
  • [学会発表] R遺伝子による陸上植物の抗ウイルス集団抵抗性2023

    • 著者名/発表者名
      宮下脩平・Derib Alemu Abebe・狩野 凱・Sietske van Bentum・鈴木万智・西條悠希・高橋英樹
    • 学会等名
      日本植物病理学会令和5年度植物感染生理談話会
    • 関連する報告書
      2023 実施状況報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] 外被タンパク質のN末端13-aaペプチドを産生する人工改変RNA3によるキュウリモザイクウイルスの細胞間移行阻害2023

    • 著者名/発表者名
      大島慎也・高橋英樹・宮下脩平
    • 学会等名
      日本植物病理学会令和5年度植物感染生理談話会
    • 関連する報告書
      2023 実施状況報告書
  • [学会発表] キュウリモザイクウイルスは篩管を介した長距離移行後に1より非常に小さいMOIで細胞感染する2023

    • 著者名/発表者名
      木村空知・Winnie Zhou・高橋英樹・宮下脩平
    • 学会等名
      令和5年度日本植物病理学会東北部会
    • 関連する報告書
      2023 実施状況報告書
  • [学会発表] キュウリモザイクウイルスの2a複製タンパク質はトランスにリクルートされたRNA2の複製を許容する2023

    • 著者名/発表者名
      小内智塁・高橋英樹・宮下脩平
    • 学会等名
      令和5年度日本植物病理学会東北部会
    • 関連する報告書
      2023 実施状況報告書
  • [学会発表] 外被タンパク質のN末端13-aaペプチドを産生する人工改変RNA3によるキュウリモザイクウイルスの細胞間移行阻害2023

    • 著者名/発表者名
      大島慎也・高橋英樹・宮下脩平
    • 学会等名
      令和5年度日本植物病理学会東北部会
    • 関連する報告書
      2023 実施状況報告書
  • [学会発表] 立枯れ症状を示したトルコギキョウの植物体ならびに栽培土壌から分離されたFusarium属菌の多様性解析2023

    • 著者名/発表者名
      高橋英樹・金子俊郎・宮下脩平
    • 学会等名
      令和5年度日本植物病理学会東北部会
    • 関連する報告書
      2023 実施状況報告書
  • [学会発表] Ralstonia属細菌に感染するジャンボファージ属幅条件最適化の数理モデルを利用した検討2023

    • 著者名/発表者名
      宮下脩平・高橋英樹
    • 学会等名
      令和5年度日本植物病理学会東北部会
    • 関連する報告書
      2023 実施状況報告書
  • [学会発表] Diversification of viral ways of life explained by a simulation model for MOI evolution2023

    • 著者名/発表者名
      Shuhei Miyashita, Hideki Takahashi
    • 学会等名
      第70回日本ウイルス学会学術集会
    • 関連する報告書
      2023 実施状況報告書
  • [学会発表] MOI of cucumber mosaic virus in cellular infections after phloem-mediated long-distance movements is much smaller than 12023

    • 著者名/発表者名
      Sorachi Kimura, Winnie Zhou, Hideki Takahashi, Shuhei Miyashita
    • 学会等名
      第70回日本ウイルス学会学術集会
    • 関連する報告書
      2023 実施状況報告書
  • [学会発表] Asymmetry in replication modes of the three genomic RNA segments of cucumber mosaic virus2023

    • 著者名/発表者名
      Satoru Onai, Hideki Takahashi, Shuhei Miyashita
    • 学会等名
      第70回日本ウイルス学会学術集会
    • 関連する報告書
      2023 実施状況報告書
  • [学会発表] 実験と数理モデリングを組み合わせた植物ウイルス研究2023

    • 著者名/発表者名
      宮下脩平
    • 学会等名
      第22回日本農学進歩賞受賞講演
    • 関連する報告書
      2023 実施状況報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] Amino acid residues in the LRR domain of RCY1 protein that may have conferred its recognition specificity to cucumber mosaic virus2023

    • 著者名/発表者名
      Derib Alemu Abebe, Sugihiro Ando, Hideki Takahashi & Shuhei Miyashita
    • 学会等名
      令和5年度日本植物病理学会大会
    • 関連する報告書
      2022 実施状況報告書
  • [学会発表] 植物ウイルスの細胞間移行・複製シミュレーションモデルにおける実質MOIの動的決定とそれがもたらす頑健性2023

    • 著者名/発表者名
      平澤花織・安藤杉尋・高橋英樹・宮下脩平
    • 学会等名
      令和5年度日本植物病理学会大会
    • 関連する報告書
      2022 実施状況報告書
  • [学会発表] 細胞間移行タンパク質・外被タンパク質機能不全型人工改変RNA3によるキュウリモザイクウイルスの細胞間移行阻害2023

    • 著者名/発表者名
      宮下脩平・小黒まゆ・安藤杉尋・高橋英樹
    • 学会等名
      令和5年度日本植物病理学会大会
    • 関連する報告書
      2022 実施状況報告書
  • [学会発表] 植物ウイルスの細胞間移行における小さいMOIを再現する細胞感染・細胞間移行シミュレーションモデルの構築2022

    • 著者名/発表者名
      平澤花織・安藤杉尋・高橋英樹・宮下脩平
    • 学会等名
      日本植物病理学会令和4年度植物感染生理談話会
    • 関連する報告書
      2022 実施状況報告書
  • [学会発表] キュウリモザイクウイルスのゲノム分節RNA1, 2, 3の複製様式の非対称性2022

    • 著者名/発表者名
      小内智塁・安藤杉尋・高橋英樹・宮下脩平
    • 学会等名
      日本植物病理学会令和4年度植物感染生理談話会
    • 関連する報告書
      2022 実施状況報告書
  • [学会発表] キュウリモザイクウイルスの細胞間移行タンパク質による多数決型意思決定はドミナントネガティブ効果で説明される2022

    • 著者名/発表者名
      小黒まゆ・安藤杉尋・高橋英樹・宮下脩平
    • 学会等名
      日本植物病理学会令和4年度植物感染生理談話会
    • 関連する報告書
      2022 実施状況報告書
  • [学会発表] キュウリモザイクウイルスのゲノム分節RNA1, 2, 3の複製様式の非対称性2022

    • 著者名/発表者名
      小内智塁・安藤杉尋・高橋英樹・宮下脩平
    • 学会等名
      令和4年度日本植物病理学会東北部会
    • 関連する報告書
      2022 実施状況報告書
  • [学会発表] キュウリモザイクウイルス抵抗性遺伝子RCY1産物の認識特異性に関わるアミノ酸残基のin silico探索2022

    • 著者名/発表者名
      Derib A Abebe・安藤杉尋・高橋英樹・宮下脩平
    • 学会等名
      令和4年度日本植物病理学会東北部会
    • 関連する報告書
      2022 実施状況報告書
  • [学会発表] キュウリモザイクウイルスの細胞間移行を阻害する外被タンパク質機能不全型人工改変RNA3の作出2022

    • 著者名/発表者名
      茶藤あみ・小黒まゆ・安藤杉尋・高橋英樹・宮下脩平
    • 学会等名
      令和4年度日本植物病理学会東北部会
    • 関連する報告書
      2022 実施状況報告書
  • [学会発表] キュウリモザイクウイルスCP発現PVXベクターのアグロインフェクションを利用したR遺伝子抵抗性同期的誘導系2022

    • 著者名/発表者名
      宮下脩平*・狩野凱・石橋和大・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
    • 関連する報告書
      2021 実施状況報告書
  • [学会発表] 植物ウイルスの細胞間移行における小さいMOIを再現する細胞感染・細胞間移行シミュレーションモデルの構築2022

    • 著者名/発表者名
      平澤花織*・安藤杉尋・高橋英樹・宮下脩平
    • 学会等名
      令和4年度日本植物病理学会大会
    • 関連する報告書
      2021 実施状況報告書
  • [学会発表] キュウリモザイクウイルスの細胞間移行タンパク質による多数決型意思決定はドミナントネガティブ効果で説明される2022

    • 著者名/発表者名
      小黒まゆ*・安藤杉尋・高橋英樹・宮下脩平
    • 学会等名
      令和4年度日本植物病理学会大会
    • 関連する報告書
      2021 実施状況報告書
  • [学会発表] イルミナシーケンサを利用した省力・低コストな植物 RNA ウイルス網羅的検出・塩基配列決定系の構築2021

    • 著者名/発表者名
      武田萌*・安藤杉尋・高橋英樹・宮下脩平
    • 学会等名
      令和3年度日本植物病理学会東北部会
    • 関連する報告書
      2021 実施状況報告書
  • [学会発表] 全身 HR による抗ウイルス自殺型集団抵抗性の成立条件についてのシミュレーションによる検討2021

    • 著者名/発表者名
      宮下脩平*・Derib A Abebe・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
    • 関連する報告書
      2021 実施状況報告書
  • [学会発表] Individual death resulted from inefficient induction of R-gene-mediated antiviral resistance may confer suicidal population resistance in land plants2021

    • 著者名/発表者名
      Derib Alemu Abebe*・Sietske van Bentum・Machi Suzuki・Sugihiro Ando・Hideki Takahashi・and Shuhei Miyashita
    • 学会等名
      International Plant Web Forum 2021, IPSR, Okayama Univ
    • 関連する報告書
      2021 実施状況報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] キュウリモザイクウイルスの細胞感染シミュレーションモデルの構築2021

    • 著者名/発表者名
      山田省吾*・安藤杉尋・高橋英樹・宮下脩平
    • 学会等名
      日本植物病理学会 令和3年度植物感染生理談話会
    • 関連する報告書
      2021 実施状況報告書
  • [学会発表] Local propagation of land plants may enable their R-gene-mediated suicidal population resistance2021

    • 著者名/発表者名
      Shuhei Miyashita*・Derib Alemu Abebe・Sietske van Bentum・Machi Suzuki・Sugihiro Ando・Hideki Takahashi
    • 学会等名
      Plant Microbiota Research Network 1st Online Symposium
    • 関連する報告書
      2021 実施状況報告書
  • [学会発表] Local propagation of land plants may have enabled their suicidal population resistance against viruses.2021

    • 著者名/発表者名
      Shuhei Miyashita
    • 学会等名
      10th Aquatic Virus Workshop
    • 関連する報告書
      2021 実施状況報告書
    • 招待講演
  • [図書] 生産環境統計学2022

    • 著者名/発表者名
      岸野 洋久ほか
    • 総ページ数
      240
    • 出版者
      朝倉書店
    • ISBN
      9784254405743
    • 関連する報告書
      2021 実施状況報告書
  • [備考] 東北大学大学院農学研究科 植物病理学分野

    • URL

      https://www.agri.tohoku.ac.jp/ppathol/index.html

    • 関連する報告書
      2023 実施状況報告書

URL: 

公開日: 2021-04-28   更新日: 2024-12-25  

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