植物と病原体の攻防における分子機構

2018 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 17H06172
• 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): 2017-05-31 – 2022-03-31
• キーワード: 分子間相互作用 / 生物間相互作用

研究実績の概要

本研究室においてこれまでに解析をおこなってきた植物免疫における重要タンパク質である活性酸素発生酵素群とPAMP受容体群を中心に、これらタンパク質の複合体構成因子およびリン酸化タンパク質の同定を試みた。主には免疫沈降法で精製した複合体およびリン酸化ペプチドを高感度質量分析器した。同定された因子をPAMP受容体の結合因子と比較した所、両者のリストに含まれるLRR型受容体型キナーゼ (LRR-RLK)を同定した。シロイヌナズナにおける欠損変異体ではPAMP誘導性の活性酸素生成、MAPKリン酸化、及び病原細菌に対する抵抗性が亢進していた。一方で過剰発現体では、PAMP誘導性の活性酸素生成、MAPKのリン酸化、及び病原細菌に対する抵抗性が抑制されていた。これらの結果はこのLRR-RLKがPAMP誘導性の活性酸素生成、MAPK活性化、及び病原細菌に対する抵抗性を負に制御することを示している。また、PTIとETI誘導時のリン酸化プロテオーム比較解析をおこなって、共通にリン酸化されるタンパク質およびそのリン酸化部位を同定した。さらに、病原体の多様性から病原体因子を同定するため、各種病原体のゲノム・トランスクリプトームをおこない、病原体解析の分子解析基盤確立を推進した。このうち、C. orbiculareの再シークエンス、C. higginsianum、C. shisoi、C. trifolii, C. とC. spinosum. C. およびネコブ線虫と計6種のデノボゲノム解析をおこない、論文として発表した。同時に、機能的に重複するエフェクターを研究するために、複数の遺伝子破壊がしばしば必要とされるが、遺伝子ターゲティングに使用できる選択マーカーの数は限られている。そこで、C. orbiculareにおいて連続的な形質転換を可能にするマーカーリサイクルシステムを確立した。

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

免疫沈降法で精製した複合体およびリン酸化ペプチドを高感度質量分析器で解析する技術が確立しており、実際に本技術によって同定した新規タンパク質が植物免疫に重要であることを変異体や過剰発現体を用いて示すことができた。また、PacBio Sequelシステムを用いて、デノボゲノム解析をおこなう技術を確立できたことにより、数多くの日本産病原菌の染色体レベルでのゲノムアセンブリーを完成できている。染色体レベルでのゲノムアセンブリーにより、全染色体レベルでの比較ゲノム解析が可能となり、例えば、染色体の欠損や置換などの詳細解析が可能となっている。真菌の病原菌はミニ染色体に病原性遺伝子を座乗させていることが報告され、ゲノムシークエンスによりミニ染色体が同定できることは大きな進歩と言える。これに加えて、マーカーリサイクル技術を確立できたことで、多数（例えば１０遺伝子以上）の遺伝子をノックアウトすることが可能となる。これによって機能が重複するエフェクター遺伝子群のノックアウトを作り、表現型解析をおこなえば、病原性への関与を検証できる。

今後の研究の推進方策

PTIを制御する因子として同定されたタンパク質群に関して、変異体や過剰発現体を用いて、PTIシグナル伝達系の何処で制御がおこなわれているかを引き続き解析する。例えば、活性酸素生成、及びMAPK活性化に影響を及ぼす場合は、その上流のPAMP受容体や共受容体等の上流因子を制御している可能性が示唆される。この場合は、PAMP受容体のタンパク質量を調べる等して、制御様式を明らかにしていく。また、病原細菌の侵入には気孔が重要であることから、気孔の開閉能等を詳細に解析して、制御部位を明らかにする。病原体ゲノムシークエンスを継続しておこない、病原性エフェクター候補の同定をおこなう。感染時に発現が上昇する、あるいは、変異が入りやすい等有望なエフェクター候補に関しては、マーカーリサイクル技術を用いて、ノックアウトを作成し、病原性の有無を確認する。さらに、CRSPR/CASシステム等を導入して、マーカーリサイクル技術の効率を上げる努力をする。表現型が確認できたエフェクターに関しては、蛍光タンパク質のタグを付け植物内で発現させ、細胞内での局在を確認し、かつ植物免疫を応答の抑制や活性化を誘導するかどうかを詳細に解析する。

研究成果

• [国際共同研究] マックスプランク研究所(ドイツ)
  • 国名: ドイツ
  • 外国機関名: マックスプランク研究所
• [国際共同研究] セインズベリー研究所(英国)
  • 国名: 英国
  • 外国機関名: セインズベリー研究所
• [国際共同研究] カルフォルニア大学デービス校/ミシガン大学(米国)
  • 国名: 米国
  • 外国機関名: カルフォルニア大学デービス校/ミシガン大学
• [雑誌論文] Genomic Plasticity Mediated by Transposable Elements in the Plant Pathogenic Fungus Colletotrichum higginsianum (2019)
  • 著者名/発表者名: Tsushima Ayako、Gan Pamela、Kumakura Naoyoshi、Narusaka Mari、Takano Yoshitaka、Narusaka Yoshihiro、Shirasu Ken
  • 雑誌名: Genome Biology and Evolution 巻: - ページ: evz087
  • DOI: https://doi.org/10.1093/gbe/evz087
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Free Access icon Genome sequence resources for four phytopathogenic fungi from the Colletotrichum orbiculare species complex (2019)
  • 著者名/発表者名: Pamela Gan、Ayako Tsushima、 Mari Narusaka、Yoshihiro Narusaka、Yoshitaka Takano、Yasuyuki Kubo、and Ken Shirasu
  • 雑誌名: Molecular Plant-Microbe Interactions 巻: - ページ: -
  • DOI: https://doi.org/10.1094/MPMI-12-18-0352-A
  • 査読あり / オープンアクセス
• [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. Musembi、 Cui Songkui、 Hori Chiaki、 Takeda Yuri、Tobimatsu Yuki、Nakabayashi Ryo、Mori Tetsuya、Saito Kazuki、Demura Taku、Umezawa Toshiaki、Yoshida Satoko、Shirasu Ken
  • 雑誌名: Plant Physiology 巻: 179 ページ: 1796～1809
  • DOI: 10.1104/pp.18.01133
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Quantitative phosphoproteomic analysis reveals common regulatory mechanisms between effector‐ and PAMP‐triggered immunity in plants (2018)
  • 著者名/発表者名: Kadota Yasuhiro、Liebrand Thomas W. H.、Goto Yukihisa、Sklenar Jan、Derbyshire Paul、Menke Frank L. H.、Torres Miguel‐Angel、Molina Antonio、Zipfel Cyril、Coaker Gitta、Shirasu Ken
  • 雑誌名: New Phytologist 巻: 221 ページ: 2160～2175
  • DOI: 10.1111/nph.15523
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Induced cell fate transitions at multiple cell layers configure haustorium development in parasitic plants (2018)
  • 著者名/発表者名: Wakatake Takanori、Yoshida Satoko、Shirasu Ken
  • 雑誌名: Development 巻: 145 ページ: dev164848
  • DOI: 10.1242/dev.164848
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Establishment of a selection marker recycling system for sequential transformation of the plant-pathogenic fungus Colletotrichum orbiculare (2018)
  • 著者名/発表者名: Kumakura Naoyoshi、Ueno Akiko、 Shirasu Ken
  • 雑誌名: Molecular Plant Pathology 巻: 20 ページ: 447～459
  • DOI: 10.1111/mpp.12766
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Transcriptomic and Metabolomic Reprogramming from Roots to Haustoria in the Parasitic Plant, Thesium chinense (2018)
  • 著者名/発表者名: Ichihashi Yasunori、Kusano Miyako、Kobayashi Makoto、Suetsugu Kenji、Yoshida Satoko、Wakatake Takanori、Kumaishi Kie、Shibata Arisa、Saito Kazuki、Shirasu Ken
  • 雑誌名: Plant and Cell Physiology 巻: 59 ページ: 729～738
  • DOI: https://doi.org/10.1093/pcp/pcx200
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] High-Quality Genome Sequence of the Root-Knot Nematode Meloidogyne arenaria Genotype A2-O (2018)
  • 著者名/発表者名: Sato Kazuki、Kadota Yasuhiro、Gan Pamela、Bino Takahiro、Uehara Taketo、Yamaguchi Katsushi、Ichihashi Yasunori、Maki Noriko、Iwahori Hideaki、Suzuki Takamasa、Shigenobu Shuji、Shirasu Ken
  • 雑誌名: Genome Announcements 巻: 6 ページ: 00519-18
  • DOI: 10.1128/genomeA.00519-18
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] A downy mildew effector evades recognition by polymorphism of expression and subcellular localization (2018)
  • 著者名/発表者名: Asai Shuta、Furzer Oliver J.、Cevik Volkan、Kim Dae Sung、Ishaque Naveed、Goritschnig Sandra、Staskawicz Brian J.、Shirasu Ken、Jones Jonathan D. G.
  • 雑誌名: Nature Communications 巻: 9 ページ: 5192
  • DOI: https://doi.org/10.1038/s41467-018-07469-3
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Host lignin composition affects haustorium induction in the parasitic plants Phtheirospermum japonicum and Striga hermonthica (2018)
  • 著者名/発表者名: Cui Songkui、Wada Syogo、Tobimatsu Yuki、Takeda Yuri、Saucet Simon B.、Takano Toshiyuki、Umezawa Toshiaki、Shirasu Ken、Yoshida Satoko
  • 雑誌名: New Phytologist 巻: 218 ページ: 710～723
  • DOI: doi: 10.1111/nph.15033
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Same tune, different songーcytokinins as virulence factors in plantーpathogen interactions? (2018)
  • 著者名/発表者名: Spallek Thomas、Gan Pamela、Kadota Yasuhiro、Shirasu Ken
  • 雑誌名: Current Opinion in Plant Biology 巻: 44 ページ: 82～87
  • DOI: https://doi.org/10.1016/j.pbi.2018.03.002
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Identification of novel sesterterpenes by genome mining of phytopathogenic fungi Phoma and Colletotrichum sp. (2018)
  • 著者名/発表者名: Gao Lei、Narita Koji、Ozaki Taro、Kumakura Naoyoshi、Gan Pamela、Minami Atsushi、Liu Chengwei、Lei Xiaoguang、Shirasu Ken、Oikawa Hideaki
  • 雑誌名: Tetrahedron Letters 巻: 59 ページ: 1136～1139
  • DOI: https://doi.org/10.1016/j.tetlet.2018.02.022
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] A High-Throughput Chemical Screening Method for Inhibitors and Potentiators of Hypersensitive Cell Death Using Suspension Cell Culture of Arabidopsis thaliana (2018)
  • 著者名/発表者名: Noutoshi Yoshiteru、Shirasu Ken
  • 雑誌名: Methods in Molecular Biology 巻: 1795 ページ: 39～47
  • DOI: doi: 10.1007/978-1-4939-7874-8_4
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] High Impact Gene Discovery: Simple Strand-Specific mRNA Library Construction and Differential Regulatory Analysis Based on Gene Co-Expression Network (2018)
  • 著者名/発表者名: Ichihashi Yasunori、Fukushima Atsushi、Shibata Arisa、Shirasu Ken
  • 雑誌名: Methods in Molecular Biology 巻: 1830 ページ: 163～189
  • DOI: https://doi.org/10.1007/978-1-4939-8657-6_11
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] 植物微生物相互作用におけるサリチル酸生合成と代謝 (2018)
  • 著者名/発表者名: 石濱 伸明、白須 賢
  • 雑誌名: 植物の生長調節 巻: 53 ページ: 53～59
  • DOI: https://doi.org/10.18978/jscrp.53.1_53
• [雑誌論文] 比較ゲノミクスをベースにしたイチゴ炭疽病菌Colletotrichum gloeosporioides種複合体の解析 (2018)
  • 著者名/発表者名: 白須 賢
  • 雑誌名: 植物病疫 巻: 72 ページ: 18~21
• [学会発表] Dispensable chromosomes involved in vegetative growth and virulence in Fusarium oxysporum f. sp. conglutinans (2019)
  • 著者名/発表者名: Yu Ayukawa, Shuta Asai, Ken Komatsu, Petra M. Houterman, Martijn Rep, Ken Shirasu, Tsutomu Arie
  • 学会等名: Fusarium Workshop
  • 国際学会
• [学会発表] Dispensable chromosomes involved in vegetative growth and virulence in Fusarium oxysporum f. sp. conglutinans. (2019)
  • 著者名/発表者名: u Ayukawa, Shuta Asai, Ken Komatsu, Petra M. Houterman, Martijn Rep, Ken Shirasu, Tsutomu Arie
  • 学会等名: 30th Fungal Genetics Conference
  • 国際学会
• [学会発表] Fungal phytopathogen-secreted ribonucleases are virulent effectors that potentiate host immune responses (2019)
  • 著者名/発表者名: Naoyoshi Kumakura, Suthitar Singkaravanit-Ogawa, Pamela Gan, Ayako Tsushima, Mari Narusaka, Yoshihiro Narusaka, Yoshitaka Takano and Ken Shirasu
  • 学会等名: The 30th Fungal Genetics Conference
  • 国際学会
• [学会発表] Colletotrichum higginsianumにおけるゲノム構造の区画化 (2019)
  • 著者名/発表者名: 津島綾子, Pamela Gan, 熊倉直祐, 鳴坂真理, 高野義孝, 鳴坂義弘, 白須
  • 学会等名: 平成31年度日本植物病理学会大会
• [学会発表] Comparative Genomics Reveals Genomic Plasticity Mediated by Transposable Elements in the Fungal Phytopathogen Colletotrichum higginsianum (2019)
  • 著者名/発表者名: Tsushima A, Gan P, Kumakura N, Narusaka M, Takano Y, Narusaka Y, Shirasu K
  • 学会等名: 第60回植物生理学会年会
• [学会発表] Colletotrichum gloeosporioides species complex comparative genomics provides insights into mechanisms of effector evolution (2019)
  • 著者名/発表者名: Gan P, Hiroyama R, Tsushima A, Kumakura N, Ueno A, Masuda S, Shibata A, Narusaka M, Narusaka Y, Takano Y, Shirasu K
  • 学会等名: 平成31年度日本植物病理学会大会
• [学会発表] アレナリアネコブセンチュウによる線虫抵抗性植物Solanum torvumの免疫応答抑制 (2019)
  • 著者名/発表者名: 佐藤 一輝, 門田 康弘, Gan Pamela, 植原 健人, 尾納 隆大, 山口 勝司, 市橋 泰範, 岩堀 英晶, 槇 紀子, 重信 秀治, 鈴木 孝征, 白須 賢
  • 学会等名: 平成31年度 日本植物病理学会大会
• [学会発表] The suppression of immune responses in nematode-resistant plant Solanum torvum by root-knot nematode, Meloidogyne arenaria (2019)
  • 著者名/発表者名: Kazuki Sato, Yasuhiro Kadota, Pamela Gan, Taketo Uehara, Takahiro Bino, Katsushi Yamaguchi, Yasunori Ichihashi, Hideaki Iwahori, Noriko Maki, Shuji Shigenobu, Takamasa Suzuki, Ken Shirasu
  • 学会等名: 第60回 日本植物生理学会年会
• [学会発表] 新規PRR複合体構成因子REAL1によるPAMP誘導性免疫の制御機構 (2019)
  • 著者名/発表者名: 後藤幸久, 門田康弘, 松井英譲, Jan Sklenar, Paul Derbyshire, Frank Menke, 中神弘史, Cyril Zipfel, 白須賢
  • 学会等名: 平成31年度日本植物病理学会大会
• [学会発表] Regulatory mechanism of PAMP-triggered immunity by REAL1, a novel component of PRR complex (2019)
  • 著者名/発表者名: Yukihisa Goto, Yasuhiro Kadota, Hidenori Matsui, Jan Sklenar, Paul Derbyshire, Frank Menke, Hirofumi Nakagami, Cyril Zipfel, Ken Shirasu
  • 学会等名: 第60回日本植物生理学会年会
• [学会発表] 植物と線虫の戦いを分子レベルで紐解く (2018)
  • 著者名/発表者名: 門田 康弘, 佐藤 一輝, 植原 健人, Pamela Gan, 尾納 隆大, 山口 勝司, 市橋 泰範, 岩堀 英晶, 槇 紀子, 鈴木 孝征, 重信 秀治, 白須 賢
  • 学会等名: 第53回感染生理談話会
• [学会発表] 植物と線虫の戦いを分子レベルで紐解く (2018)
  • 著者名/発表者名: 門田 康弘, 佐藤 一輝, Pamela Gan, 植原 健人, 尾納 隆大, 山口 勝司, 市橋 泰範, 岩堀 英晶, 槇 紀子, 鈴木 孝征, 重信 秀治, 白須 賢
  • 学会等名: 2018 年度 日本線虫学会定期大会（第 26 回大会）
• [学会発表] 植物免疫阻害剤を用いた植物免疫応答制御因子の探索 (2018)
  • 著者名/発表者名: 石濱 伸明, 能年 義輝, 崔 勝媛. Ivana Saska, 浅井 秀太, 瀧澤 香, 野村 有子, 中神 弘史, 近藤 恭光, 長田 裕之, 白須 賢
  • 学会等名: 平成30年度 日本植物病理学会関東部会
• [学会発表] 受容体キナーゼREAL1はPAMP受容体のタンパク質量を調節することで免疫応答を負に制御する (2018)
  • 著者名/発表者名: 後藤幸久, 門田康弘, 松井英譲, Jan Sklenar, Paul Derbyshire, Frank Menke, 中神弘史, Cyril Zipfel, 白須賢.
  • 学会等名: 新学術領域研究「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」 第4回 若手の会
• [学会発表] 植物病原菌の小型染色体について (2018)
  • 著者名/発表者名: 鮎川 侑
  • 学会等名: 農学中手の会 第４回研究集会
• [備考] 植物免疫研究グループ 研究室Website
  • URL: http://plantimmunity.riken.jp/index_ja.html