植物と病原体の攻防における分子機構

2019 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

シロイヌナズナを用いたスクリーニング系を用いて、キノンおよび過酸化水素を認識してカルシウム濃度を上昇させるシグナルに必須である膜タンパク質をコードする遺伝子を同定した。変異体においてキノンおよび過酸化水素の添加時にトランスクリプトーム解析をおこなったところ、野生株に対して植物免疫関連の遺伝子群の発現が特異的に減少していた。さらに変異体に植物病原菌であるトマト斑様細菌を接種したところ、免疫レベルが減少していたことから、本遺伝子が免疫に重要な新規因子であることが明らかになった。また、細菌由来の病原性エフェクターを、これを認識できるセンサータンパク質をもつ植物内で発現させ、リン酸化プロテオーム解析をおこなってセンサー下流のシグナル伝達系におけるタンパク質群の各リン酸化部位を同定した。この中には細菌の鞭毛を与えたときにリン酸化される部位が共通していた。このことは病原性エフェクター侵入によって活性化されるシグナル伝達系と鞭毛等の分子パターンを認識して活性化するシグナル伝達系がエフェクターを認識して活性化される伝達系と一部重複していることを示唆している。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。特にPacBio Sequelシステムを用いた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た。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ているが、ゲノムシークエンスにより炭疽病原菌とフザリウム菌のミニ染色体が同定できた。

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

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た実験をおこない、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確認できた。また抗体やタグを利用してPAMP受容体のタンパク質量を同定できている。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ができており、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て、病原性の有無を確認できた。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引き上げることが可能となった。以上のことから、植物側、病原菌側の両実験系が確立できたことと判断できる。よって、研究は順調に進展していると考えられる。

今後の研究の推進方策

植物免疫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。また、それら因子のホモログのノックアウトをCRSPR/CAS等のシステムを用いて作成し、その表現型を明らかにすることで、その因子のファミリーの機能を明らかにしていく。病原体側の研究に関しては、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継続しておこなう。ノックアウトの表現型を詳細に解析する。また病原性エフェクターの植物内での機能を明らかにしていく。植物に認識されるエフェクターに関しては変異体等を作成して、その認識機構を明らかにする。

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] Exogenous Treatment with Glutamate Induces Immune Responses in Arabidopsis (2019)
  • 著者名/発表者名: Goto, Y., Maki, N., Ichihashi, Y., Kitazawa, D., Igarashi, D., Kadota, Y., and 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] 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] Subtilase activity in the intrusive cells mediates haustorium maturation in parasitic plants (2019)
  • 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 (2019)
  • 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] Genomic plasticity mediated by transposable elements in the plant pathogenic fungus Colletotrichum higginsianum (2019)
  • 著者名/発表者名: Tsushima, A., Gan, P., Kumakura, N., Narusaka, M., Takano, Y., Narusaka, Y., Shirasu, K.
  • 雑誌名: Genome Biology and Evolution 巻: 11 ページ: 1487-1500
  • DOI: https://doi.org/10.1093/gbe/evz087
  • 査読あり / オープンアクセス
• [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] 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, Y., 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
• [雑誌論文] Genome sequence resources for four phytopathogenic fungi from the Colletotrichum orbiculare species complex (2019)
  • 著者名/発表者名: Gan, P., Tsushima, A., Narusaka, M., Narusaka, Y., Takano, Y., Kubo, Y., Shirasu, K.
  • 雑誌名: MPMI. 巻: 32 ページ: 1088-1090
  • 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] Plant Immune Responses to 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] Plant Immune Responses to Parasitic Nematodes (2019)
  • 著者名/発表者名: Tsushima, A., Gan, P., Shirasu, K.
  • 雑誌名: Bio-protocol. 巻: 9 ページ: e34
  • DOI: https://doi: 10.21769/BioProtoc.
  • 査読あり
• [雑誌論文] High-Quality Draft Genome Sequence of Fusarium oxysporum f. sp. cubense Strain 160527, a Causal Agent of Panama Disease (2019)
  • 著者名/発表者名: Asai, S., Ayukawa, Y., Gan, P., Masuda, S., Komatsu, K., Shirasu, K., Arie, T.
  • 雑誌名: Microbiol Resource Announcement 巻: 8 ページ: e00654-19
  • DOI: https://doi: 10.1128/MRA.00654-19
  • 査読あり / オープンアクセス
• [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 Ecol Evol. 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 / 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 / オープンアクセス
• [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] Identifcation and characterization of small-molecular compounds that inhibit salicylic acid-mediated signaling pathway in Arabidopsis (2019)
  • 著者名/発表者名: Nobuaki Ishihama, Yoshiteru Noutoshi, Seung-won Choi, Ivana Saska, Shuta Asai, Kaori Takizawa, Yasumitsu Kondoh, Yuko Nomura, Hirofumi Nakagami, Hiroyuki Osada, Ken Shirasu
  • 学会等名: IS-MPMI XVII Congress
  • 国際学会
• [学会発表] Exogenous treatment with glutamate induces the immune responses in Arabidopsis” (2019)
  • 著者名/発表者名: Yukihisa Goto, Noriko Maki, Yasunori Ichihashi, Daisuke Kitazawa, Daisuke Igarashi, Yasuhiro Kadota, Ken Shirasu
  • 学会等名: IS-MPMI XVII Congress
  • 国際学会
• [学会発表] Plants perceive quinones via a receptor-like kinase (2019)
  • 著者名/発表者名: Anuphon Laohavisit, Takanori Wakatake, Nobuaki Ishihama, Hugh Mulvey, Kaori Takizawa, Takamasa Suzuki, Ken Shirasu
  • 学会等名: 18th International Workshop on Plant Membrane Biology
  • 国際学会
• [学会発表] Leucine-rich repeat receptor-like kinases mediate quinone perception in plants (2019)
  • 著者名/発表者名: Anuphon Laohavisit, Takanori Wakatake, Nobuaki Ishihama, Hugh Mulvey, Kaori Takizawa, Takamasa Suzuki, Ken Shirasu
  • 学会等名: 第61 回日本植物生理学会
  • 国際学会
• [学会発表] シロイヌナズナのサリチル酸応答を抑制する低分子阻害剤の作用機作解析 (2019)
  • 著者名/発表者名: 石濱信明,崔 勝媛, 能年義輝, Ivana Saska, 瀧澤香, 浅井秀太, 長田裕之, 白須 賢
  • 学会等名: 令和2 年度日本植物病理学会大会
  • 国際学会
• [学会発表] 新規PRR複合体構成因子REAL1を介したPAMP情報伝達系の抑制機構 (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, Darrell Desveaux, Cyril Zipfe , 白須 賢
  • 学会等名: 令和2 年度日本植物病理学会大会
  • 国際学会
• [備考] 研究室運営Website
  • URL: http://plantimmunity.riken.jp/index.html