植物の嗅覚受容システムの解明

2021 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 20H02951
• 研究機関: 東京理科大学
• 研究代表者: 有村 源一郎 東京理科大学, 先進工学部生命システム工学科, 教授 (60505329)
• 研究分担者: 澤崎 達也 愛媛大学, プロテオサイエンスセンター, 教授 (50314969) ; 松井 健二 山口大学, 大学院創成科学研究科, 教授 (90199729)
• 研究期間 (年度): 2020-04-01 – 2024-03-31
• キーワード: 揮発性化合物（VOC） / 受容体 / ヒストンアセチル化 / シロイヌナズナ

研究実績の概要

植物から放出される揮発性化合物（VOC）は、植物がコミュニケーションを図るための重要な情報ツールである。VOCに曝された周囲の未被害植物は害虫に対する抵抗性を高めることができるが、植物がVOCを受容し、防御遺伝子等の活性化に繋げるための作用機序は未だ不明である。そこで本研究では、植物のVOC認識・応答およびそれに伴った防御応答を担うシグナル伝達因子を同定することで、植物間コミュニケーションを介した害虫抵抗性機構の解明を試みた。
【植物のメントール受容体の同定】
植物の化学物質センシングにおいて重要な役割を担う受容体キナーゼ（RLK）のタンパク質ライブラリー（147タンパク質）とメントール誘導体の相互作用解析をAlphaScreenにて実施した結果、ALE2（Abnormal Leaf Shape 2）がメントール誘導体と強く結合する因子として同定された。
【VOC受容植物の防御応答のためのエピジェネティク制御機構】
VOCであるβ-オシメンにシロイヌナズナが曝されると、HAC1等によってヒストンアセチル化が亢進されて、ストレス応答性転写因子ファミリーであるERFの転写が活性化されることが明らかにされた（図１）。この活性化は暴露後5~10日間維持され、その後ヒストン脱アセチル化酵素であるHDA6によってリセットされた。つまり、VOCに曝された植物はエピジェネティク転写制御を介して防御応答のオンオフを制御することが示された。

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

実験計画に沿って研究は計画通りにに推進されている。今年度は、VOCに曝された植物におけるエピジェネティク転写制御に関する成果報告に至った。

今後の研究の推進方策

VOCに曝されたシロイヌナズナの食害に対する防御応答におけるヒストンアセチル化制御因子やその調節機構が明らかにされた。また、ヒストン脱アセチル化酵素であるHDA6がVOCに曝された植物におけるアセチル化の亢進をリセットするフィードバック因子であることが示唆されたことから、今後はHDA6と協調的にはたらくフィードバック因子の同定を試みる。
ALE2（Abnormal Leaf Shape 2）がメントール誘導体と強く結合する因子候補として同定された。ALE2は植物の成長と発達に必要なRLKであるが、VOC受容における役割は明らかにされていないため、今後、ALE2のVOC応答機構における機能の探索を継続する必要がある。

研究成果

• [国際共同研究] University of Turin(イタリア)
  • 国名: イタリア
  • 外国機関名: University of Turin
• [雑誌論文] Sustained defense response via volatile signaling and its epigenetic transcriptional regulation (2022)
  • 著者名/発表者名: Onosato H., Fujimoto G., Higami T., Sakamoto T., Yamada A., Suzuki T., Ozawa R., Matsunaga S., Seki M., Ueda M., Sako K., Galis I., Arimura G.
  • 雑誌名: Plant Physiology 巻: 189 ページ: 922-933
  • DOI: 10.1093/plphys/kiac077
  • 査読あり
• [雑誌論文] Immune gene activation by NPR and TGA transcriptional regulators in the model monocot Brachypodium distachyon (2022)
  • 著者名/発表者名: Shimizu K., Suzuki H., Uemura T., Nozawa A., Desaki Y., Hoshino R., Yoshida A., Abe H., Nishiyama M., Nishiyama C., Sawasaki T., Arimura G.
  • 雑誌名: Plant Journal 巻: 10 ページ: 470-481
  • DOI: 10.1111/tpj.15681
  • 査読あり
• [雑誌論文] An amino acid ester of menthol elicits defense responses in plants (2022)
  • 著者名/発表者名: Tsuzuki C., Hachisu M., Iwabe R., Nakayama Y., Nonaga Y., Sukegawa S., Horito S., Arimura G.
  • 雑誌名: Plant Molecular Biology 巻: 109 ページ: 523-531
  • DOI: 10.1007/s11103-021-01150-y
  • 査読あり
• [雑誌論文] 1-Octen-3-ol is formed from its primeveroside after mechanical wounding of soybean leaves (2022)
  • 著者名/発表者名: Ntoruru J.M., Ohnishi T., Katsumata F., Koeduka T., Matsui K.
  • 雑誌名: Plant Molecular Biology 巻: 109 ページ: 551-561
  • DOI: 10.1007/s11103-021-01226-9
  • 査読あり
• [雑誌論文] A proximity biotinylation-based approach to identify protein-E3 ligase interactions induced by PROTACs and molecular glues (2022)
  • 著者名/発表者名: Yamanaka S, Horiuchi Y, Matsuoka S, Kido K, Nishino K, Maeno M, Shibata N, Kosako H, Sawasaki T.
  • 雑誌名: Nature Communications 巻: 13 ページ: 183
  • DOI: 10.1038/s41467-021-27818-z
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Protein-protein interactions between jasmonate-related master regulator MYC and transcriptional mediator MED25 depend on a short binding domain (2022)
  • 著者名/発表者名: Takaoka Y, Suzuki K, Nozawa A, Takahashi H, Sawasaki T, Ueda M.
  • 雑誌名: Journal of Biological Chemistry 巻: 298 ページ: 101504
  • DOI: 10.1016/j.jbc.2021.101504
  • 査読あり
• [雑誌論文] The rice wound-inducible transcription factor RERJ1 sharing same signal transduction pathway with OsMYC2 is necessary for defense response to herbivory and bacterial blight (2022)
  • 著者名/発表者名: Valea I, Motegi A, Kawamura N, Kawamoto K, Miyao A, Ozawa R, Takabayashi J, Gomi K, Nemoto K, Nozawa A, Sawasaki T, Shinya T, Galis I, Miyamoto K, Nojiri H, Okada K.
  • 雑誌名: Plant Molecular Biology 巻: - ページ: in press
  • DOI: 10.1007/s11103-021-01186-0
  • 査読あり
• [雑誌論文] Phytohormone elicitation in maize by oral secretions of specialist Mythimna separata and generalist Spodoptera litura (2021)
  • 著者名/発表者名: Morita M., Yamasaki Y., Shinya T., Galis I., Arimura G.
  • 雑誌名: Journal of Plant Interactions 巻: 16 ページ: 587-590
  • DOI: 10.1080/17429145.2021.2006334
  • 査読あり
• [雑誌論文] Phytohormone-dependent plant defense signaling orchestrated by oral bacteria of the herbivore Spodoptera litura (2021)
  • 著者名/発表者名: Yamasaki Y., Sumioka H., Takiguchi M., Uemura T., Kihara Y., Shinya T., Galis I. Arimura G.
  • 雑誌名: New Phytologist 巻: 231 ページ: 2029-2038
  • DOI: 10.1111/nph.17444
  • 査読あり
• [雑誌論文] Processing of airborne green leaf volatiles for their glycosylation in the exposed plants (2021)
  • 著者名/発表者名: Sugimoto, K., Iijima, Y., Takabayashi, J., Matsui, K.
  • 雑誌名: Frontiers in Plant Science 巻: 12 ページ: 721572
  • DOI: 10.3389/fpls.2021.721572
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Green leaf volatile-burst in Selaginella moellendorffii (2021)
  • 著者名/発表者名: Tanaka, M., Koeduka, T., Matsui, K.
  • 雑誌名: Frontiers in Plant Science 巻: 12 ページ: 731694
  • DOI: 10.3389/fpls.2021.731694
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Growth enhancement of Arabidopsis (Arabidopsis thaliana) and onion (Allium cepa) with inoculation of three newly identified mineral-solubilizing fungi in the genus Aspergillus section Nigri (2021)
  • 著者名/発表者名: Khuna, S., Suwannarach, N., Kumla, J., Frisvad, J.C., Matsui, K., Nuangmek, W., Lumyong, S.
  • 雑誌名: Frontiers in Microbiology 巻: 12 ページ: 705896
  • DOI: 10.3389/fmicb.2021.705896
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Production of raspberry ketone by redirecting the metabolic flux to the phenylpropanoid pathway in tobacco plants (2021)
  • 著者名/発表者名: Koeduka, T., Takarada, S., Fujii, K., Sugiyama, A., Yazaki, K., Nishihara, M., Matsui, K.
  • 雑誌名: Metabolic Engineering Communications 巻: 13 ページ: e00180
  • DOI: 10.1016/j.mec.2021.e00180
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Fungal-type terpene synthases in Marchantia polymorpha are involved in sesquiterpene biosynthesis in oil body cells (2021)
  • 著者名/発表者名: Takizawa, R., Hatada, M., Moriwaki, R., Abe, S., Yamashita, Y., Arimitsu, R., Yamato, K.T., Nishihama. R., Kohchi, T., Koeduka, T., Chen, F., Matsui, K.
  • 雑誌名: Plant and Cell Physiology 巻: 62 ページ: 528-537
  • DOI: 10.1093/pcp/pcaa175
  • 査読あり
• [雑誌論文] ダイズL-メチオニン代謝制御の新しい因子の発見 L-メチオニンγ-リアーゼがL-メチオニン過剰蓄積を防ぐ (2021)
  • 著者名/発表者名: 手嶋琢、稲垣賢二、松井健二
  • 雑誌名: 化学と生物 巻: 59 ページ: 449-457
• [雑誌論文] A simple method for labeling proteins and antibodies with biotin using the proximity biotinylation enzyme TurboID (2021)
  • 著者名/発表者名: Shioya R, Yamada K, Kido K, Takahashi H, Nozawa A, Kosako H, Sawasaki T.
  • 雑誌名: Biochemical and Biophysical Research Communications 巻: 592 ページ: 54-59
  • DOI: 10.1016/j.bbrc.2021.12.109
  • 査読あり
• [雑誌論文] AGIA Tag System for Ultrastructural Protein Localization Analysis in Blood-Stage Plasmodium falciparum (2021)
  • 著者名/発表者名: Morita M, Kanoi BN, Shinzawa N, Kubota R, Takeda H, Sawasaki T, Tsuboi T, Takashima E.
  • 雑誌名: Frontiers in Cellular and Infection Microbiology 巻: 11 ページ: 777291
  • DOI: 10.3389/fcimb.2021.777291
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Deciphering OPDA signaling components in the momilactone-producing moss Calohypnum plumiforme (2021)
  • 著者名/発表者名: Inagaki H, Miyamoto K, Ando N, Murakami K, Sugisawa K, Morita S, Yumoto E, Teruya M, Uchida K, Kato N, Kaji T, Takaoka Y, Hojo Y, Shinya T, Galis I, Nozawa A, Sawasaki T, Nojiri H, Ueda M, Okada K.
  • 雑誌名: Frontiers in Plant Science 巻: 12 ページ: 688565
  • DOI: 10.3389/fpls.2021.688565
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Cleavage of TANK-binding kinase 1 by HIV-1 protease triggers viral innate immune evasion (2021)
  • 著者名/発表者名: Jeremiah SS, Miyakawa K, Matsunaga S, Nishi M, Kudoh A, Takaoka A, Sawasaki T, Ryo A.
  • 雑誌名: Frontiers in Microbiology 巻: 12 ページ: 643407
  • DOI: 10.3389/fmicb.2021.643407
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] 近位依存性ビオチン化酵素によるタンパク質相互作用解析 (2021)
  • 著者名/発表者名: 澤崎達也
  • 雑誌名: Proteome Letters 巻: 6 ページ: 9-16
  • DOI: 10.14889/jpros.6.1_9
• [学会発表] 害虫の唾液因子によって調節される植物の防御応答システム (2022)
  • 著者名/発表者名: 有村源一郎
  • 学会等名: 第63回日本植物生理学会 シンポジウム「寄生・共生・防御・感染を制御する化学シグナル」
  • 招待講演
• [学会発表] 安全な食と環境をめざした有機農業システムの開発に向けて (2021)
  • 著者名/発表者名: 有村源一郎
  • 学会等名: TUS Forum 2021
  • 招待講演
• [学会発表] シロイヌナズナにおけるPBL27-CRK2を介した虫害防御応答機構の解明 (2021)
  • 著者名/発表者名: 森島実奈美, 佐野友香, 上村卓矢, 出崎能丈, 伊藤綾華, 根本圭一郎, Ivan Galis, 野澤彰,澤崎達也, 有村源一郎
  • 学会等名: 第44回日本分子生物学会年会
• [学会発表] シロイヌナズナの虫害応答シグナル伝達系におけるハスモンヨトウ唾液内細菌の機能の解明 (2021)
  • 著者名/発表者名: 瀧口麻由, 上村卓矢, 住岡裕香, 山崎廉予, 木原侑香, 新屋友規, Ivan Galis, 有村源一郎
  • 学会等名: 第44回日本分子生物学会年会
• [学会発表] ナミハダニのタンパク質エリシター「テトラニン」の機能解析 (2021)
  • 著者名/発表者名: 田中未来, 谷村香織, 若谷晃汰, 小澤理香,北條優子, 新屋友規, Galis Ivan, 出崎能丈, 有村源一郎
  • 学会等名: 第44回日本分子生物学会年会
• [学会発表] オシメンによって誘導されるシロイヌナズナの防御応答に関するエピジェネティック転写制御 (2021)
  • 著者名/発表者名: 小野里悠希, 藤本源哉, 樋上智大, 坂本卓也, 松永幸大, 関原明, 有村源一郎
  • 学会等名: 第44回日本分子生物学会年会
• [学会発表] イネ科モデル植物ミナトカモジグサにおけるNPR1とNPR2の機能解明 (2021)
  • 著者名/発表者名: 鈴木ひとみ, 清水弘平, 上村卓, 野澤彰, 出崎能丈, 星野稜介, 吉田彩子, 安部洋,西山真, 西山千春, 澤崎達也, 有村源一郎
  • 学会等名: 第44回日本分子生物学会年会
• [学会発表] 揮発性テルペンに応答したシロイヌナズナの防御応答エピジェネティック制御機構 (2021)
  • 著者名/発表者名: 小野里悠希, 藤本源哉, 樋上智大, 坂本卓也, 松永幸大, 関原明, 有村源一郎
  • 学会等名: 第38回日本植物バイオテクノロジー学会大会
• [学会発表] 植物の害虫抵抗性機構 (2021)
  • 著者名/発表者名: 有村源一郎
  • 学会等名: 生物刺激制御研究会
  • 招待講演
• [学会発表] 害虫が分泌するエリシターの植物認識機構 (2021)
  • 著者名/発表者名: 有村源一郎, 出崎能丈
  • 学会等名: 化学コミュニケーションのフロンティア 第8回公開シンポジウム
• [学会発表] Macro- and micro-perspective of signal transduction for trade-off between plants and insects (2021)
  • 著者名/発表者名: Arimura G.
  • 学会等名: Tsukuba Conference 2021
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] A novel LUBAC-associated protein plays important roles in inflammatory response through regulation of programmed cell death (2021)
  • 著者名/発表者名: Linh T.T. Tran、清水康平、及川大輔、小迫英尊、高橋宏隆、澤崎達也、徳永文稔
  • 学会等名: 第94回日本生化学会大会
• [学会発表] インターフェロン誘導性因子IFI27の抗フラビウイルス活性の分子機構 (2021)
  • 著者名/発表者名: 鈴木 陽一、坂口 翔、高橋 宏隆、川島 生、江見 晶野、加藤 文博、日紫喜 隆行、呉紅、田島 茂、林 昌宏、高崎 智彦、澤崎 達也、中野 隆史
  • 学会等名: 第55回日本脳炎ウイルス生態学研究会
• [学会発表] デングウイルスNS3に結合する新規宿主因子SIGIRRの機能解析 (2021)
  • 著者名/発表者名: 高橋 宏隆, 重松 裕樹，鈴木 陽一，Vasudevan G. Subhash，澤崎 達也
  • 学会等名: 第68回日本ウイルス学会学術集会
• [学会発表] コムギ無細胞系によって合成したデングウイルスポリプロテインによるin vitroでのウイルス複製複合体の再構成 (2021)
  • 著者名/発表者名: 江村 祐希，野澤 彰，Subhash G. Vasudevan，高橋 宏隆，澤崎 達也
  • 学会等名: 第68回日本ウイルス学会学術集会
• [学会発表] 近位依存性ビオチン化酵素AirIDを用いた植物個体内でのジベレリン受容体相互作用タンパク質の探索 (2021)
  • 著者名/発表者名: 村松 ちひろ、野澤 彰、西野 耕平、小迫 英尊、澤崎 達也
  • 学会等名: 第56回植物化学調節学会
• [学会発表] 花成抑制因子TFL1の生体内機能解明に向けた阻害剤開発と相互作用タンパク質の探索 (2021)
  • 著者名/発表者名: 堀 凌輔、三好 省吾、山田 航大、野澤 彰、澤崎 達也
  • 学会等名: 第56回植物化学調節学会
• [学会発表] In vitroおよび細胞レベルの２つの相互作用解析を基盤としたウイルスRNA受容体MDA5の新規結合タンパク質の網羅的同定 (2021)
  • 著者名/発表者名: 高橋 宏隆，坂口 詩穏，林 徳宙，入江 崇，小迫 英尊，澤崎 達也
  • 学会等名: 第44回日本分子生物学会年会
• [学会発表] 直鎖状ポリユビキチン鎖デコーダーZnUBPのNF-kBシグナル制御機構の解明 (2021)
  • 著者名/発表者名: 岩崎 誠，長尾 和哉，及川 大輔，小迫 英尊，徳永 文稔，高橋 宏隆，澤崎 達也
  • 学会等名: 第44回日本分子生物学会年会
• [学会発表] 新規LUBAC結合タンパク質はNF-kB活性化、アポトーシス及びネクロプトーシスを制御する (2021)
  • 著者名/発表者名: 清水康平、Linh T.T. Tran、及川大輔、小迫英尊、高橋宏隆、澤崎達也、徳永文稔
  • 学会等名: 第44回日本分子生物学会年会
• [備考] 東京理科大学有村研究室
  • URL: https://www.rs.tus.ac.jp/garimura/