寄生植物による維管束情報ハイジャック機構の解明

2019 年度 実績報告書

• 研究領域: 植物の成長可塑性を支える環境認識と記憶の自律分散型統御システム
• 研究課題/領域番号: 15H05959
• 研究機関: 国立研究開発法人理化学研究所
• 研究代表者: 白須 賢 国立研究開発法人理化学研究所, 環境資源科学研究センター, グループディレクター (20425630)
• 研究期間 (年度): 2015-06-29 – 2020-03-31
• キーワード: 植物 / 病害抵抗性

研究実績の概要

寄生植物は穀物を含むさまざまな作物に寄生し、収穫量を大幅に減らす。特にアフリカや地中海沿岸での農業への被害は深刻であるが、寄生植物がどのように寄生するのかを理解することは、こうした被害への対策を講じるうえで重要なステップと考えられる。これまでに寄生植物ストライガのゲノムを世界に先駆けて解読し、寄生の進化に関する情報を得た。特にストライガの発芽に必要なストリゴラクトン受容体をコードする遺伝子の数が大幅に増えていることから、ストライガが宿主の多様なストリゴラクトンを認識できるように進化していることが明らかになった。また、ストライガのゲノム上に宿主からの伝播した遺伝子が含まれており、中には30kbを超える複数の遺伝子を含む領域が伝播していることから、かなり大きなゲノムDNAの移動があることが明らかになった。また、寄生植物は吸器と呼ばれる侵入器官を形成し、この器官を介して宿主組織に侵入、道管を連結することで宿主との連絡を確立し、この連絡を介して水や栄養を宿主から奪うが、ストライガのトランスクリプトーム解析から、吸器の発生が側根の発生と共通性があることも明らかになった。寄生植物コシオガマのゲノム・トランスクリプトーム解析により、吸器の宿主陥入細胞(Intrusive Cell)特異的に発現する遺伝子群を同定した。その中でもSBT遺伝子群に関しては、そのプロモーターにSBT阻害タンパク質をコードする遺伝子を発現させると、道管細胞の発生に異常が見られることから、SBTが吸器発生に重要な因子であることが明らかになった。オーキシン移動の極性に関しては、吸器での発現を確認したオーキシントランスポーターであるPINとLAXタンパク質の細胞内局在を可視化することによって、吸器発生においてオーキシンの局所的蓄積が重要な役割をすることを明らかにした。

現在までの達成度 (段落)

令和元年度が最終年度であるため、記入しない。

今後の研究の推進方策

令和元年度が最終年度であるため、記入しない。

研究成果

• [国際共同研究] ペンシルベニア大学/バージニア大学(米国)
  • 国名: 米国
  • 外国機関名: ペンシルベニア大学/バージニア大学
• [国際共同研究] トロント大学(カナダ)
  • 国名: カナダ
  • 外国機関名: トロント大学
• [雑誌論文] Exogenous treatment with glutamate induces immune responses in Arabidopsis (2020)
  • 著者名/発表者名: Goto, Y., Maki, N., Ichihashi, Y., Kitazawa, D., Igarashi, D., Kadota, Y., Shirasu, K.
  • 雑誌名: MPMI 巻: 33 ページ: 474-487
  • DOI: https://doi.org/10.1094/MPMI-09-19-0262-R
  • 査読あり
• [雑誌論文] Subtilase activity in the intrusive cells mediates haustorium maturation in parasitic plants (2020)
  • 著者名/発表者名: Ogawa, S., Wakatake, T., Spallek, T., Ishida, J, K., Sano, R., Kurata, T., Demura, T., Yoshida, S., Ichihashi, Y., Schaller, A., Shirasu, K.
  • 雑誌名: bioRxiv. 巻: ー ページ: ー
  • DOI: https://doi.org/10.1101/2020.03.30.015149
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Host-parasite tissue adhesion by a secreted type of β-1,4-glucanase in the parasitic plant Phtheirospermum japonicum (2020)
  • 著者名/発表者名: Kurotani, K.-I., Wakatake, T., Ichihashi, Y., Okayasu, K., Sawai, Y., Ogawa, S., Suzuki, T., Shirasu, K., Notaguch, M
  • 雑誌名: bioRxiv. 巻: ー ページ: ー
  • DOI: https://doi.org/10.1101/2020.03.29.014886
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Genome sequence of Striga asiatica provides insight into the evolution of plant parasitism. (2019)
  • 著者名/発表者名: Yoshida, S. et al.
  • 雑誌名: Curr. Biol. 巻: 29 ページ: 3041-3052.E4.
  • DOI: https://doi.org/10.1016/j.cub.2019.07.086
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Striga (2019)
  • 著者名/発表者名: Mutuku, J.M. and Shirasu, K.
  • 雑誌名: Curr. Biol. 巻: 20 ページ: R1064-R1065
  • DOI: https://doi.org/10.1016/j.cub.2019.06.075
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Auxin transport network underlies xylem bridge formation between the hemi-parasitic plant Phtheirospermum japonicum and host Arabidopsis (2019)
  • 著者名/発表者名: Wakatake, T., Yoshida, S. and Shirasu, K.
  • 雑誌名: bioRxiv. 巻: ー ページ: ー
  • DOI: https://doi.org/10.1101/2019.12.26.889097
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Disruption of the MAMP-induced MEKK1-MKK1/MKK2-MPK4 pathway activates the TNL immune receptor SMN1/RPS6 (2019)
  • 著者名/発表者名: Takagi, M., Hamano, K., Takagi, H., Morimoto, T., Akimitsu, K., Terauchi, R., Shirasu, K., Ichimura, K.
  • 雑誌名: Plant Cell Physiol. 巻: 60 ページ: 778-787
  • DOI: https://doi.org/10.1093/pcp/pcy243
  • 査読あり
• [雑誌論文] Colletotrichum shisoi sp. nov., an anthracnose pathogen of Perilla frutescens in Japan: molecular phylogenetic, morphological and genomic evidence (2019)
  • 著者名/発表者名: Gan P., Tsushima A., Hiroyama R., Narusaka M., Takano, Y., Narusaka Y., Kawaradani M., Damm U. and Shirasu K.
  • 雑誌名: Sci. Rep. 巻: 9 ページ: 13349
  • DOI: https://doi.org/10.1038/s41598-019-50076-5
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] An artificial metalloenzyme biosensor can detect ethylene gas in fruits and Arabidopsis leaves. (2019)
  • 著者名/発表者名: Vong, K., Eda, S., Kadota, Y., Nasibullin, I., Wakatake, T., Ykoshima, S., Shirasu, K., Tanaka, K.
  • 雑誌名: Nature Comm. 巻: 10 ページ: 5746
  • DOI: https://doi.org/10.1038/s41467-019-1375
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Abscisic acid‐dependent histone demethylation during postgermination growth arrest in Arabidopsis (2019)
  • 著者名/発表者名: Wu, J., Ichihashi, Y., Suzuki, T., Shibata, A., Shirasu, K., Yamaguchi, N., Ito, T.
  • 雑誌名: Plant Cell Environ 巻: 42 ページ: 2198-2214
  • DOI: https://doi.org/10.1111/pce.13547
  • 査読あり
• [雑誌論文] CRABS CLAW and SUPERMAN coordinate hormone-, stress- and metabolic-related gene expression during Arabidopsis stamen development (2019)
  • 著者名/発表者名: Lee, H. Z., Tatsumi, Y. Ichihashi, Y., Suzuki, T., Shibata, A., Shirasu, K., Yamaguchi, N., Ito, T.
  • 雑誌名: Front Plant Sci. 巻: 7 ページ: 437
  • DOI: https://doi.org/10.3389/fevo.2019.00437
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Plant immune responses to plant parasitic nematodes (2019)
  • 著者名/発表者名: Sato, K., *Kadota, Y., Shirasu, K.
  • 雑誌名: Front Plant Sci. 巻: 10 ページ: 1165
  • DOI: https://doi.org/10.3389/fpls.2019.01165
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Haustorium inducing factors for parasitic Orobanchaceae (2019)
  • 著者名/発表者名: Goyet, V., Wada, S., Wakatake, T., Cui, S., Shirasu, K., Montiel, G., Simier, P., Yoshida, S.
  • 雑誌名: Front Plant Sci. 巻: 10 ページ: 1056
  • DOI: https://doi.org/10.3389/fpls.2019.01056
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] AtNOT1 is a novel regulator of gene expression during pollen development (2019)
  • 著者名/発表者名: Motomura, K., Arae, T., Araki-Uramoto, H., Suzuki, Y., Takeuchi, H., Suzuki, T., Ichihashi, I., Shibata, A., Shirasu, K., Takeda1, A., Higashiyama, T., Chiba, Y
  • 雑誌名: Plant Cell Physiol. 巻: ー ページ: pcz235
  • DOI: https://doi.org/10.1093/pcp/pcz235
  • 査読あり
• [雑誌論文] Quantitative phosphoproteomic analysis reveals common regulatory mechanisms between effector‐ and PAMP‐triggered immunity in plants (2019)
  • 著者名/発表者名: Kadota, Y., Liebrand, T. W. H., Goto, Y., Sklenar, J., Derbyshire, P., Menke, F. L. H., Torres, M. A., Molina, A., Zipfel, C., *Coaker, G., and Shirasu, K.
  • 雑誌名: New Phytol. 巻: 221 ページ: 2160-2175
  • DOI: https://doi.org/10.1111/nph.15523
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] The structural integrity of lignin is crucial for resistance against Striga hermonthica parasitism in rice (2019)
  • 著者名/発表者名: Mutuku, J. M., Cui, S., Hori, C., Takeda, Y., Tobimatsu, Y., Nakabayashi, R., Mori, T., Saito, K., Demura, T., Umezawa, T., Yoshida, S., and Shirasu, K.
  • 雑誌名: Plant Physiol. 巻: 179 ページ: 1796-1809
  • DOI: https://doi.org/10.1104/pp.18.01133
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [学会発表] How do parasitic plants perceive host plants? (2019)
  • 著者名/発表者名: Ken Shirasu
  • 学会等名: IS-MPMI XVⅢ Congress
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Parasitism-inducible proteases and their putative peptide hormone in the haustorium of the parasitic plant Phtheirospermum japonicum (2019)
  • 著者名/発表者名: Satoshi Ogawa, Takanori Wakatake, Juliane K. Ishida, Satoko Yoshida, Thomas Spallek, Yasunori Ichihashi, Ken Shirasu
  • 学会等名: 2019 IPGSA Meeting
  • 国際学会
• [備考] 研究室運営Website
  • URL: http://plantimmunity.riken.jp/index.html