イネNLR型抵抗性遺伝子の進化様式を利用した罹病性遺伝子の同定

• 研究課題/領域番号: 21K14834
• 研究種目: 若手研究
• 配分区分: 基金
• 審査区分: 小区分39010:遺伝育種科学関連
• 研究機関: 公益財団法人岩手生物工学研究センター
• 研究代表者: 清水 元樹 公益財団法人岩手生物工学研究センター, ゲノム育種研究部, 主任研究員 (90734343)
• 研究期間 (年度): 2021-04-01 – 2024-03-31
• 研究課題ステータス: 完了 (2023年度)
• 配分額: 4,550千円 (直接経費: 3,500千円、間接経費: 1,050千円); 2023年度: 1,430千円 (直接経費: 1,100千円、間接経費: 330千円); 2022年度: 1,170千円 (直接経費: 900千円、間接経費: 270千円); 2021年度: 1,950千円 (直接経費: 1,500千円、間接経費: 450千円)
• キーワード: NLR / Integrate Domain / 罹病性遺伝子 / イネNLR / Integrated Domain / Integrated domain (ID) / ペアNLR / 罹病性因子 / NLR型抵抗性遺伝子 / エフェクター標的因子

研究開始時の研究の概要

NLR型抵抗性遺伝子にみられる特異な進化様式に着目し、病原菌エフェクター標的因子の同定を進め、その育種利用を目的とする。イネNLR型抵抗性遺伝子には、Integrated Domain(ID)を介していもち病菌の非病原力エフェクターを認識するNLR-IDの構造を持つ遺伝子が存在する。IDは、NLRの進化過程で挿入された宿主の他の遺伝子産物と考えられる。IDは本来、病原菌エフェクターの標的として存在しているが、NLR-IDにおいてはDecoy(囮)として機能していると推察される。そこで、Oryza属におけるIDの多様性を明らかにし、IDと高い配列相同性を持つ宿主タンパク質の機能解析を行う。

研究成果の概要

イネのNLR型抵抗性遺伝子の中には、Integrate Domain（ID）を介していもち病菌の非病原力エフェクター（AVR）を認識するNLR-ID構造を持つ遺伝子が存在する。IDはNLRの進化過程で挿入された宿主の他の遺伝子産物、またはその一部と考えられる。IDは本来、病原菌エフェクターの標的として存在するが、NLR-IDにおいてはDecoy（囮）として機能していると推察される。そこで、Oryza属におけるIDの多様性を明らかにし、IDと相同性の高い配列を持つ宿主タンパク質の機能解析を行うことで、未知の多い病原菌の感受性誘導機構の解明に繋げるとともに、耐病性育種に大きく寄与する。

研究成果の学術的意義や社会的意義

Oryza属に含まれる種の167系統に対して、NLR-IDの一つであるPias-2の対立遺伝子産物が持つIDの種類と分布を調査した。その結果、Aゲノム種が持つIDとしてDUF761およびHMAが優占し、これらのドメインを有するイネタンパク質(HpsID: Host protein similar to ID)は病原菌エフェクターの重要なイネ標的因子(=罹病性遺伝子)になりうると考察した。これまでに、HpsID欠損イネにおいて、親和性いもち病菌に対して抵抗性が付与された系統が見られている。NLR-IDは、イネ以外の植物種にも存在することから、同様の手法により罹病性遺伝子の単離が可能である。

研究成果

• [国際共同研究] The Sainsbury Laboratory/John Innes Centre(英国)
• [国際共同研究] John Innes Centre/The Sainsbury Laboratory(英国)
• [雑誌論文] “病原菌”と“宿主”，“植物病理学”と“育種学”，相互作用が生み出す新しい抵抗性育種 (2024)
  • 著者名/発表者名: Shimizu Motoki、Matsuo Hiroki、Takano Yoshitaka、Adachi Hiroaki、Tosa Yukio、Terauchi Ryohei
  • 雑誌名: 育種学研究 巻: 26 号: 1 ページ: 67-72
  • DOI: 10.1270/jsbbr.26.W03
  • ISSN: 1344-7629, 1348-1290
  • 年月日: 2024-06-01
  • オープンアクセス
• [雑誌論文] Impact of rice GENERAL REGULATORY FACTOR14h (GF14h) on low-temperature seed germination and its application to breeding (2024)
  • 著者名/発表者名: Sugimura Yusaku、Oikawa Kaori、Sugihara Yu、Utsushi Hiroe、Kanzaki Eiko、Ito Kazue、Ogasawara Yumiko、Fujioka Tomoaki、Takagi Hiroki、Shimizu Motoki、Shimono Hiroyuki、Terauchi Ryohei、Abe Akira
  • 雑誌名: bioRxiv 巻: -
  • DOI: 10.1101/2024.02.16.580620
  • オープンアクセス
• [雑誌論文] Bioengineering a plant NLR immune receptor with a robust binding interface towards a conserved fungal pathogen effector (2024)
  • 著者名/発表者名: Zdrzaek Rafal、Xi Yuxuan、Langner Thorsten、Bentham Adam R.、Petit-Houdenot Yohann、De la Concepcion Juan Carlos、Harant Adeline、Shimizu Motoki、Were Vincent、Talbot Nicholas J.、Terauchi Ryohei、Kamoun Sophien、Banfield Mark J.
  • 雑誌名: bioRxiv 巻: 1 ページ: 1-10
  • DOI: 10.1101/2024.01.20.576400
  • オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Barley MLA3 recognizes the host-specificity effector Pwl2 from <i>Magnaporthe oryzae</i> (2023)
  • 著者名/発表者名: Brabham Helen J、Gomez De La Cruz Diana、Were Vincent、Shimizu Motoki、Saitoh Hiromasa、Hernandez-Pinzon Inmaculada、Green Phon、Lorang Jennifer、Fujisaki Koki、Sato Kazuhiro、Molnar Istvan、Simkova Hana、Dolezel Jaroslav、Russell James、Taylor Jodie、Smoker Matthew、Gupta Yogesh Kumar、Wolpert Tom、Talbot Nicholas J-
  • 雑誌名: The Plant Cell 巻: 36 号: 2 ページ: 447-470
  • DOI: 10.1093/plcell/koad266
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Loss of <i>PWT7</i>, Located on a Supernumerary Chromosome, Is Associated with Parasitic Specialization of <i>Pyricularia oryzae</i> on Wheat (2023)
  • 著者名/発表者名: Asuke Soichiro、Horie Akiko、Komatsu Kaori、Mori Ryota、Vy Trinh Thi Phuong、Inoue Yoshihiro、Jiang Yushan、Tatematsu Yuna、Shimizu Motoki、Tosa Yukio
  • 雑誌名: Molecular Plant-Microbe Interactions 巻: 36 号: 11 ページ: 716-725
  • DOI: 10.1094/mpmi-06-23-0078-r
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Effector target-guided engineering of an integrated domain expands the disease resistance profile of a rice NLR immune receptor (2023)
  • 著者名/発表者名: Maidment Josephine HR、Shimizu Motoki、Bentham Adam R、Vera Sham、Franceschetti Marina、Longya Apinya、Stevenson Clare EM、De la Concepcion Juan Carlos、Bialas Aleksandra、Kamoun Sophien、Terauchi Ryohei、Banfield Mark J
  • 雑誌名: eLife 巻: 12 ページ: 1-10
  • DOI: 10.7554/elife.81123
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Quantitative trait locus (QTL) analysis and fine-mapping for <i>Fusarium oxysporum</i> disease resistance in <i>Raphanus sativus</i> using GRAS-Di technology (2023)
  • 著者名/発表者名: Ezeah Chukwunonso Sylvanus Austin、Shimazu Juichi、Kawanabe Takahiro、Shimizu Motoki、Kawashima Shinichi、Kaji Makoto、Ezinma Charles Onyemaechi、Nuruzzaman Md、Minato Nami、Fukai Eigo、Okazaki Keiichi
  • 雑誌名: Ｂｒｅｅｄｉｎｇ Ｓｃｉｅｎｃｅ 巻: 73 号: 5 ページ: 421-434
  • DOI: 10.1270/jsbbs.23032
  • ISSN: 1344-7610, 1347-3735
  • 査読あり
• [雑誌論文] Evolution of wheat blast resistance gene<i>Rmg8</i>accompanied by differentiation of variants recognizing the powdery mildew fungus (2023)
  • 著者名/発表者名: Asuke Soichiro、Morita Kohei、Shimizu Motoki、Abe Fumitaka、Terauchi Ryohei、Nago Chika、Takahashi Yoshino、Shibata Mai、Yoshioka Motohiro、Iwakawa Mizuki、Kishi-Kaboshi Mitsuko、Su Zhuo、Nasuda Shuhei、Handa Hirokazu、Fujita Masaya、Tougou Makoto、Hatta Koichi、Mori Naoki、Matsuoka Yoshihiro、Kato Kenji、Tosa Yukio
  • 雑誌名: bioRxiv 巻: -
  • DOI: 10.1101/2023.09.26.559445
• [雑誌論文] Differences in the transcriptional immune response to Albugo candida between white rust resistant and susceptible cultivars in Brassica rapa L. (2023)
  • 著者名/発表者名: Miyaji Naomi、Akter Mst. Arjina、Shimizu Motoki、Mehraj Hasan、Doullah Md Asad-Ud、Dennis Elizabeth S.、Chuma Izumi、Fujimoto Ryo
  • 雑誌名: Scientific Reports 巻: 13 号: 1 ページ: 8599-8599
  • DOI: 10.1038/s41598-023-35205-5
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Disentangling the complex gene interaction networks between rice and the blast fungus identifies a new pathogen effector (2023)
  • 著者名/発表者名: Sugihara Y, Abe Y, Takagi H, Abe A, Shimizu M, Ito K, Kanzaki E, Oikawa K, Kourelis J, Langner T, Win J, Bialas A, Ludke D, Contreras MP, Chuma I, Saitoh H, Kobayashi M, Zheng S, Tosa Y, Banfield MJ, Kamoun S, Terauchi R, Fujisaki K
  • 雑誌名: PLOS Biology 巻: 21 号: 1 ページ: 1-10
  • DOI: 10.1371/journal.pbio.3001945
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Isolation of <i>Pikps</i>, an allele of <i>Pik</i>, from the <i>aus</i> rice cultivar Shoni (2022)
  • 著者名/発表者名: Kovi B, Sakai T, Abe A, Kanzaki E, Terauchi R, Shimizu M
  • 雑誌名: Genes & Genetic Systems 巻: 97 号: 5 ページ: 229-235
  • DOI: 10.1266/ggs.22-00002
  • ISSN: 1341-7568, 1880-5779
  • 年月日: 2022-10-01
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] A genetically linked pair of NLR immune receptors shows contrasting patterns of evolution (2022)
  • 著者名/発表者名: Shimizu M,Hirabuchi, Sugihara Y, Abe A, Takeda T, Kobayashi M, Hiraka Y, Kanzaki E, Oikawa K, Saitoh H, Langner T, Banfield MJ, Kamoun S, Terauchi R
  • 雑誌名: Proceedings of the National Academy of Sciences 巻: 119 号: 27 ページ: 1-10
  • DOI: 10.1073/pnas.2116896119
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Rice apoplastic CBM1-interacting protein counters blast pathogen invasion by binding conserved carbohydrate binding module 1 motif of fungal proteins (2022)
  • 著者名/発表者名: Takeda T, Takahashi M, Shimizu M, Sugihara Y, Yamashita T, Saitoh H, Fujisaki K, Ishikawa K, Utsushi H, Kanzaki E, Sakamoto Y, Abe A, Terauchi R
  • 雑誌名: PLOS Pathogens 巻: 18 号: 9 ページ: 1-10
  • DOI: 10.1371/journal.ppat.1010792
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Effector target-guided engineering of an integrated domain expands the disease resistance profile of a rice NLR immune receptor (2022)
  • 著者名/発表者名: Maidment JHR、Shimizu M、Vera S、Franceschetti M、Longya A、Stevenson CEM、De la Concepcion JC、Bia?as A、Kamoun S、Terauchi R、Banfield MJ
  • 雑誌名: bioRxiv 巻: -
  • DOI: 10.1101/2022.06.14.496076
  • オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Barley MLA3 recognizes the host-specificity determinant PWL2 from rice blast (<i>M. oryzae</i>) (2022)
  • 著者名/発表者名: Brabham Helen J.、De La Cruz Diana G?mez、Were Vincent、Shimizu M, Saitoh H, Inmaculada HP, Green P, Lorang J, Fujisaki K, Sato K, Molnar I, Simkova H, Dolezel J, Russell J, Taylor J, Smoker M, Gupta YK, Wolpert T, Talbot NJ, Terauchi R, Moscou MJ
  • 雑誌名: bioRxiv 巻: -
  • DOI: 10.1101/2022.10.21.512921
  • オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] The rice <scp>OsERF101</scp> transcription factor regulates the <scp>NLR</scp> Xa1‐mediated immunity induced by perception of <scp>TAL</scp> effectors (2022)
  • 著者名/発表者名: Yoshihisa Ayaka、Yoshimura Satomi、Shimizu Motoki、Sato Sayaka、Matsuno Shogo、Mine Akira、Yamaguchi Koji、Kawasaki Tsutomu
  • 雑誌名: New Phytologist 巻: 236 号: 4 ページ: 1441-1454
  • DOI: 10.1111/nph.18439
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] The blast pathogen effector AVR-Pik binds and stabilizes rice heavy metal-associated (HMA) proteins to co-opt their function in immunity (2020)
  • 著者名/発表者名: Oikawa K.、Fujisaki K.、Shimizu M.、Takeda T.、Saitoh H.、Hirabuchi A.、Hiraka Y.、Bia?as A.、Langner T.、Kellner R.、Bozkurt T. O.、Cesari S.、Kroj T.、Maidment J. H. R.、Banfield M. J.、Kamoun S.、Terauchi R.
  • 雑誌名: bioRxiv 巻: 1 ページ: 1-34
  • DOI: 10.1101/2020.12.01.406389
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [学会発表] 育種学から植物病理学へ イネいもち病抵抗性遺伝子Piasの発見から分かったこと (2024)
  • 著者名/発表者名: 清水元樹
  • 学会等名: 植物病理を紡ぐ会
  • 招待講演
• [学会発表] コムギいもち病抵抗性遺伝子Rmg8の単離 (2023)
  • 著者名/発表者名: 足助聡一郎 , 森田耕平 , 清水元樹 , 安倍史高 , 永合千佳 , 高橋美乃 , 柴田茉依 , 吉岡資洋 , 寺内良平 , 土佐幸雄
  • 学会等名: 日本育種学会
• [学会発表] コムギいもち病菌はイネに感染できない:その宿主特異性を決定している因子の単離 (2023)
  • 著者名/発表者名: 清水元樹 , 足助聡一郎 , 阿部陽 , 土佐幸雄 , 寺内良平 , 寺内良平
  • 学会等名: 日本育種学会
• [学会発表] アブラナ科野菜における白さび病抵抗性遺伝子座乗領域の詳細化 (2023)
  • 著者名/発表者名: 宮路直実 , 宮路直実 , AKTER M. , 清水元樹 , 中馬いづみ , 藤本龍
  • 学会等名: 日本育種学会
• [学会発表] イネのいもち病罹病性遺伝子OsHIPP20の同定 (2023)
  • 著者名/発表者名: 及川香梨 , 清水元樹 , 宮路直実 , 竹田匠 , 藤崎恒喜 , 寺内良平 , 寺内良平
  • 学会等名: 日本育種学会
• [学会発表] アワいもち病抵抗性遺伝子の同定 (2023)
  • 著者名/発表者名: 伊藤和江 , 菅広和 , 吉津祐貴 , 阿部陽 , 大里達朗 , 寺内良平 , 清水元樹
  • 学会等名: 日本育種学会
• [学会発表] 抵抗性遺伝子の新たな可能性 (2023)
  • 著者名/発表者名: 清水元樹
  • 学会等名: 日本育種学会
• [学会発表] イネ抵抗性タンパク質が進化の過程で獲得した病原菌因子を見破るしくみ (2023)
  • 著者名/発表者名: 清水元樹
  • 学会等名: R5年度RIBSバイオサイエンスシンポジウム
  • 招待講演
• [学会発表] イネ抵抗性遺伝子の機能と進化の解明 (2023)
  • 著者名/発表者名: 清水元樹
  • 学会等名: 東北植物学会13回大会 公開シンポジウム
  • 招待講演
• [学会発表] Genomic exploration of host specificity determinants identifies wheat blast effectors that are recognized by rice NLR (2023)
  • 著者名/発表者名: Motoki Shimizu; Adam Bentham; Soichiro Asuke; Yukio Tosa; Sophien Kamoun; Mark Banfield; Ryohei Terauchi
  • 学会等名: International Helper-and Paired NLR Mini-Symposium 2023
  • 国際学会
• [学会発表] イネいもち病抵抗性遺伝子Piasと対応する非病原力遺伝子AVR-Piasの単離 (2022)
  • 著者名/発表者名: 清水 元樹; 杉原 優; 宮路 直実; 阿部 陽; 寺内 良平
  • 学会等名: 日本育種学会第142回講演会
• [図書] イネいもち病抵抗性タンパク質は付加ドメインを"擬似餌"として病原抵抗性を誘導する (2023)
  • 著者名/発表者名: 清水 元樹; 寺内 良平
  • 総ページ数: 4
  • 出版者: バイオサイエンスとインダストリー
• [備考] イネのいもち病抵抗性機構の解明
  • URL: https://www.kyoto-u.ac.jp/ja/research-news/2022-07-22-2