フォスファチジン酸を介した植物免疫プライミング誘導機構の解明と耐病性付与への展開

2016 年度 実施状況報告書

• 研究課題/領域番号: 15K07314
• 研究機関: 高知大学
• 研究代表者: 木場 章範 高知大学, 教育研究部総合科学系生命環境医学部門, 教授 (50343314)
• 研究分担者: 大西 浩平 高知大学, 教育研究部総合科学系生命環境医学部門, 教授 (50211800) ; 曵地 康史 高知大学, 教育研究部総合科学系生命環境医学部門, 教授 (70291507)
• 研究期間 (年度): 2015-04-01 – 2018-03-31
• キーワード: 病害抵抗性 / SEC14脂質輸送タンパク質 / フォスフォリパーゼC / PAMPs誘導免疫 / SnRK1

研究実績の概要

これまでに、フォスファチジルイノシトール輸送SEC14はリン脂質代謝酵素活性を活性化することによって、フォスファチジン酸（PA）を生産した結果、植物免疫の活性化を導く。一方、フォスファチジン酸脱リン酸化酵素（PAP）を抑制した植物ではPAの蓄積を介して植物病原細菌に対して抵抗性を示す。本研究ではSec14P、PAP、フォスフォリパーゼC、およびD（PLC、PLD）、PAの下流のシグナル伝達因子SnRk1に着目した。Sec14P抑制植物では、青枯病菌、タバコ野火病菌に対する抵抗性が低下する。SEC14は自己細胞死を伴う過敏感反応（HR）には関与せず、病原体由来の共通的分子パターン（PAPMs）で誘導される、植物の基礎的な免疫であるPAMPs誘導免疫（PTI）の特徴的な現象であるカロース沈着、PTIマーカー遺伝子の発現に関与していることを見出した。次に、PA合成に直接かかわる酵素としてPLCに着目した。PLCはジーンファミリーを形成していることから、植物免疫に関与するPLCの検索を行った。その結果、PLC2抑制植物では青枯病に対する抵抗性の低下が観察された。PLC2はSEC14同様に、PTIの特徴的な現象であるカロース沈着、PTIマーカー遺伝子の発現に影響を与えることを見出した。さらに、PAの下流で機能するタンパクリン酸化酵素であるSnRk1抑制植物の解析から、SnRk1もETIには関与せず、PTIの誘導に影響を与えることを見出した。本年度の研究成果から、PTI制御とリン脂質代謝（SEC14、PLC、SnRK1）を明らかにした。これらに加えて、ゲノム編集によりPAPを破壊したPAP欠損植物を作出し、病原体の感染実験を進めた。

現在までの達成度 (区分)

2: おおむね順調に進展している

理由

これまで解析を続けてきた、SEC14リン脂質輸送たんぱく質が植物の基礎的な免疫であるPAMPs誘導免疫（PTI）への関与を示した。PA合成に直接かかわる酵素としてPLC2を単離し、病害抵抗性への関与明らかにした。さらに、PAを介した抵抗性機構に関わる伝子群を単離するとともに、PAの直接のターゲット分子として、SnRK1の関与の可能性を見出した。これらの2種の酵素は、自己細胞死を伴う過敏感反応（HR）には関与せず、植物の基礎的な免疫であるPTIへの関与を示した。これらの成果はPAを介した病害抵抗性の解明、特にPTIの誘導メカニズムの解明に大きな意義がある。さらに、PAPノックアウト植物の作出は、PAを介した病害抵抗性の解明のみならず、PAPをターゲットとした病害抵抗性育種の可能性を検討する格好の材料となると考え、PAP抑制植物を用いた耐病性植物作出の検討も進めるに至っている。そのような理由から、進捗状況は順調・良好と考えている。

今後の研究の推進方策

PA合成に直接かかわる酵素であるPLCについてはPTIへの関与が明らかになってきたことから、病害抵抗性への関与に関する分子機構を詳細に解析し、早急に国際的なジャーナルへの投稿を目指す。PAの直接のターゲット分子として、SnRK1（タンパク質リン酸化酵素）については、本酵素の本来の役割である細胞内のエネルギー利用の調節という点にも着目し、植物内の一次代謝についても詳細に調査し、病害抵抗性とエネルギー代謝との関連、酵素学的性質の解明、さらには病害抵抗性への関与に関する分子機構を詳細に解析し、早急に国際的なジャーナルへの投稿を目指す。さらに、PLCの他のファミリーに関しても網羅的に単離し、病害抵抗性への関与を解析する。また、PLCと協調的にPAを合成しているDGKに関して、ファミリーを構成する遺伝子を網羅的に単離し、病害抵抗性への関与を解析する。PLC、DGKとともにPA合成に関わるPLDに関しても、ファミリーを構成するPLDを網羅的に単離し、病害抵抗性への関与を解析する。また、PAP抑制植物に関しては種々の病原体の感染への影響を調査し、PAPをターゲットとした病害抵抗性育種の可能性を検討する。また、PAPの相同遺伝子をナス科の食用作物であるジャガイモ、トマトに加え、イネ等の食用作物にも着目して解析を行う。

研究成果

• [雑誌論文] Silencing of Nicotiana benthamiana SEC14 phospholipid transfer protein reduced jasmonic acid dependent defense (2016)
  • 著者名/発表者名: Akinori Kiba, Yu Imanaka, Masahito Nakano, Ivan Galis, Yuko Hojo,, Tomonori Shinya, Kouhei Ohnishi, Yasufumi Hikichi
  • 雑誌名: Plant Biotechnology 巻: 33 ページ: 111-115
  • 査読あり / オープンアクセス / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] The plant cell wall as a site for molecular contacts in fungal pathogenesis. (2016)
  • 著者名/発表者名: Kazuhiro Toyoda, Sachiyo Yao, Mai Takagi, Maki Uchioki, Momiji Miki, Kaori Tanaka, Tomoko Suzuki , Masashi Amano, Akinori Kiba, Toshiaki Kato, Hirotaka Takahashi, Yasuhiro Ishiga, Hidenori Matsui, Yoshiteru Noutoshi, Mikihiro Yamamoto, Yuki Ichinose, Tomonori Shiraishi.
  • 雑誌名: Physiological and Molecular Plant Pathology 巻: 99 ページ: 44-49
  • DOI: doi:10.1016/j.pmpp.2016.02.006
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] The vascular plant pathogenic bacterium Ralstonia solanacearum produces biofilms required for its virulence on the surfaces of tomato cells adjacent to intercellular spaces. (2016)
  • 著者名/発表者名: Yuka Mori, Kanako Inoue, Kenichi Ikeda, Hitoshi Nakayashiki, Chikaki Higashimoto, Kouhei Ohnishi, Akinori Kiba, and Yasufumi Hikichi
  • 雑誌名: Molecular Plant Pathology 巻: 17 ページ: 890-902
  • DOI: doi: 10.1111/mpp.12335
  • 査読あり / オープンアクセス
• [学会発表] Sucrose non-Fermenting Related Kinase 1はホスファチジン酸を介した植物免疫シグナル伝達に関与する (2017)
  • 著者名/発表者名: 今仲優布、イヴァンガリス、北条優子、新屋友規、大西浩平、曵地康史、木場章範
  • 学会等名: 第58回日本植物生理学会
  • 発表場所: 鹿児島大学郡元キャンパス
  • 年月日: 2017-03-16 – 2017-03-18
• [学会発表] Sucrose non-fermenting related kinase 1はフォスファチジン酸の下流においてNicotiana benthamianaの防御応答の制御に関与する (2016)
  • 著者名/発表者名: 今仲 優布 ・大西浩平 ・曳地康史 ・木場章範
  • 学会等名: 第29回日本植物脂質科学シンポジウム
  • 発表場所: 大阪大学会館
  • 年月日: 2016-11-25 – 2016-11-26
• [学会発表] 脂質輸送タンパク質による植物免疫の制御 (2016)
  • 著者名/発表者名: 木場章範、小山梨菜、大西浩平、曵地康史
  • 学会等名: 第29回日本植物脂質科学シンポジウム
  • 発表場所: 大阪大学会館
  • 年月日: 2016-11-25 – 2016-11-26
• [学会発表] Implication of Phospholipid Turnovers in Plant Immunity (2016)
  • 著者名/発表者名: Akinori Kiba
  • 学会等名: 2nd International Symposium on Plant Lipids
  • 発表場所: Georg-August-Universitat Gottingen（ドイツ）
  • 年月日: 2016-07-03 – 2016-07-08
  • 国際学会