植物の嗅覚受容システムの解明

2022 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: 植物の嗅覚システム / TOPLESS（TPL） / 脂質輸送タンパク質 / E3ユビキチンリガーゼJUL1

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。中でも、害虫に食害された植物から放出される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。

【VOC受容を担うTPLの同定】　VOC結合タンパク質TOPLESS（TPL）遺伝子（5種）の過剰発現シロイヌナズナ株および変異株を作成し、VOCおよびハスモンヨトウ食害応答におけるTPLの機能解明のための基盤を構築した。さらに、BiacoreシステムおよびBiFCシステムを用いた分子間相互作用解析により、TPLがヒストン脱アセチル化酵素であるHDA6と結合する事実を見出した。HDA6は植物のエピジェネティック転写制御因子であることから、TPLはHDA6と共に当該制御機構に関わる可能性が示唆された。
【VOC受容を担う脂質輸送タンパク質の同定】　VOCと結合する脂質輸送タンパク質nsLTP3の嗅覚受容における機能を明らかにするために、食害およびVOC曝露によって発現が誘導されるトマトnsLTP候補遺伝子を同定した。
【E3ユビキチンリガーゼJUL1に依存した遺伝子制御機構】　食害やVOCに曝された植物は、ジャスモン酸（JA）シグナル伝達を活性化して虫害抵抗性を高める。シロイヌナズナのRING型ユビキチンリガーゼであるJUL1は、ERF15転写因子を足場として、JAシグナル伝達系抑制因子であるJAV1分解を促すモデルが提唱された。

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、食害およびVOCに曝された植物における細胞内シグナル伝達を担う分子の同定とそれらの機能の理解において重要な進捗があった。

今後の研究の推進方策

食害やVOCに曝された植物におけるTPL-HDA6システムおよびnsLTPを介したVOC輸送システムの作用機序を明らかにする。具体的には、食害・VOCに曝された野生株、TPL変異株および過剰発現組換え株の葉における遺伝子発現制御およびヒストンアセチル化レベルを解析する。さらに、nsLTPの変異株および過剰発現組換えトマト株を作出し、当該植物の食害・VOC応答能力を評価する。

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
• [国際共同研究] University of Washington(米国)
  • 国名: 米国
  • 外国機関名: University of Washington
• [国際共同研究] Assam Agricultural University(インド)
  • 国名: インド
  • 外国機関名: Assam Agricultural University
• [雑誌論文] Metabolic engineering of betacyanin in vegetables for anti-inflammatory therapy (2023)
  • 著者名/発表者名: Saito S., Nishihara M., Kohakura M., Kimura K., Yashiro T., Takasawa S., Arimura G.
  • 雑誌名: Biotechnology and Bioengineering 巻: 120 ページ: 1357-1365
  • DOI: 10.1002/bit.28335
  • 査読あり
• [雑誌論文] JUL1, ring-type E3 ubiquitin ligase, is involved in transcriptional reprogramming for ERF15-mediated gene regulation (2023)
  • 著者名/発表者名: Kawaguchi J., Hayashi K., Desaki Y., Ramadan A., Nozawa A., Nemoto K., Sawasaki T., Arimura G.
  • 雑誌名: International Journal of Molecular Sciences 巻: 24 ページ: 987
  • DOI: 10.3390/ijms24020987
  • 査読あり / オープンアクセス
• [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] Molecular biology of chemical defenses (2022)
  • 著者名/発表者名: Koo A.J., Arimura G.
  • 雑誌名: Plant Molecular Biology 巻: 109 ページ: 351-353
  • DOI: 10.1007/s11103-022-01290-9
  • 国際共著
• [雑誌論文] 新規免疫活性化剤を用いたダイズの有機栽培システムの確立 (2022)
  • 著者名/発表者名: 有村源一郎, 八須 匡和, 仲千沙都, 森源起
  • 雑誌名: 大豆たん白質研究 巻: 2022 ページ: 出版中
• [雑誌論文] Coprinopsis cinerea dioxygenase is an oxygenase forming 10(S)-hydroperoxide of linoleic acid, essential for mushroom alcohol, 1-octen-3-ol synthesis (2022)
  • 著者名/発表者名: Teshima T., Funai R., Nakazawa T., Ito J., Utsumi T., Kakumyan P., Mukai H., Yoshiga T., Murakami R., Nakagawa K, Honda Y., Matsui K.
  • 雑誌名: Journal of Biological Chemistry 巻: 16 ページ: 102507
  • DOI: 10.1016/j.jbc.2022.102507
  • 査読あり
• [雑誌論文] Green leaf volatiles - the forefront of plant responses against biotic attack (2022)
  • 著者名/発表者名: Matsui K., Engelberth J.
  • 雑誌名: Plant and Cell Physiology 巻: 63 ページ: 1378-1390
  • DOI: 10.1093/pcp/pcac117
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] CRISPR/Cas9-mnediated disruption of ALLENE OXIDE SYNTHASE results in defective 12-oxo-phytodienoic acid accumulation and reduced defense against spider mite (Tetranychus urticae) in liverwort (Marchantia polymorpha) (2022)
  • 著者名/発表者名: Koeduka T., Takaishi M., Suzuki M., Nishihama R., Kohchi T., Uefune M., Matsui K.
  • 雑誌名: Plant Biotechnology 巻: 39 ページ: 191-194
  • DOI: 10.5511/plantbiotechnology.22.0328a
  • 査読あり
• [雑誌論文] Aerial (+)-borneol modulates root morphgology, auxin signalling and meristematic activity in Arabidopsis roots (2022)
  • 著者名/発表者名: Fukuda K., Uefune M., Fukaki H., Yamauchi Y., Hara-Nishimura I., Ozawa R., Matsui K., Sugimoto K., Okada K., Imai R., Takahashi K., Enami S., Wurst R., Takabayashi J.
  • 雑誌名: Biology Letters 巻: 18 ページ: 20210629
  • DOI: 10.1098/rsbl.2021.0629
  • 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] 植物が香り化合物を放散する仕組みとその意義、そしてその応用の可能性 (2022)
  • 著者名/発表者名: 松井健二
  • 雑誌名: JATAFFジャーナル 巻: 10 ページ: 38-44
• [雑誌論文] みどりの香りの科学 ー来し方、今、そして行く末ー (2022)
  • 著者名/発表者名: 松井健二
  • 雑誌名: Aroma Research 巻: 23 ページ: 129-136
• [雑誌論文] OTUD1 deubiquitinase regulates NF-κB- and KEAP1-mediated inflammatory responses and reactive oxygen species-associated cell death pathways (2022)
  • 著者名/発表者名: Oikawa D., Gi M., Kosako H., Shimizu K., Takahashi H., Shiota M., Hosomi S., Komakura K., Wanibuchi H., Tsuruta D., Sawasaki T., Tokunaga F.
  • 雑誌名: Cell Death and Disease 巻: 13 ページ: 694
  • DOI: 10.1038/s41419-022-05145-5
  • 査読あり
• [雑誌論文] CF-PPiD technology based on cell-free protein array and proximity biotinylation enzyme for in vitro direct interactome analysis (2022)
  • 著者名/発表者名: Sugiyama S., Yamada K., Denda M., Yamanaka S., Ozawa S., Morishita R., Sawasaki T.
  • 雑誌名: Scientific Reports 巻: 12 ページ: 10592
  • DOI: 10.1038/s41598-022-14872-w
  • 査読あり / オープンアクセス
• [学会発表] Defense system of Arabidopsis plants against the model herbivore Spodoptera (2023)
  • 著者名/発表者名: Arimura G.
  • 学会等名: Gordon Research Conference Plant Herbivore Interaction
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] 植物のコミュニケーションの不思議と無農薬栽培への応用！ (2022)
  • 著者名/発表者名: 有村源一郎
  • 学会等名: 日本農芸化学会サイエンスカフェin 東京
  • 招待講演
• [学会発表] E3ユビキチンリガーゼJUL1によるエチレン応答性因子ERF15を介した遺伝子制御機構 (2022)
  • 著者名/発表者名: 川口純奈, 林海斗, 出崎能丈, Abdelaziz Ramadan, 西川舞, 野澤彰, 根本圭一郎, 澤崎達也, 有村源一郎
  • 学会等名: 第45回日本分子生物学会年会
• [学会発表] ベタシアニン代謝工学による抗炎症野菜の開発 (2022)
  • 著者名/発表者名: 古波蔵優人,西原昌宏,斎藤栞,木村恒介,八代拓也,西山千春,有村源一郎
  • 学会等名: 第45回日本分子生物学会年会
• [学会発表] 高抗肥満薬アミノ酸メンチルエステル化合物の開発 (2022)
  • 著者名/発表者名: 高沢青大, 小林正樹, 八須匡和, 木村恒介, 古波蔵優人, 樋上賀一, 有村源一郎
  • 学会等名: 第45回日本分子生物学会年会
• [学会発表] 高抗炎症薬アミノ酸メンチルエステル化合物の開発 (2022)
  • 著者名/発表者名: 木村恒介, 宮永正斗, 八須匡和, Abdelaziz Ramadan, 八代拓也, 松井健二, 木村成介, 助川聖, 長田和樹, 白石充典, 西山千春, 有村源一郎
  • 学会等名: 第45回日本分子生物学会年会
• [学会発表] ナミハダニの分泌性タンパク質エリシター「テトラニン」の同定 (2022)
  • 著者名/発表者名: 田中未来, 谷村香織, 遠藤有希子, 出崎能丈, 小澤理香, Massimo E. Maffei, 新屋友規，Ivan Galis, 有村源一郎
  • 学会等名: 第45回日本分子生物学会年会
• [学会発表] シロイヌナズナにおける受容体様細胞質キナーゼネットワークを介した虫害防御応答機構 (2022)
  • 著者名/発表者名: 出崎能丈, 森島実奈美, 佐野友香, 上村卓矢, 伊藤綾華, 根本圭一郎, 野澤彰, 澤崎達也, 有村源一郎
  • 学会等名: 第45回日本分子生物学会年会
• [学会発表] 化学コミュニケーションによる植物の防御応答 (2022)
  • 著者名/発表者名: 有村源一郎
  • 学会等名: 第58回植物化学シンポジウム「植物化学と生物間コミュニケーション」
  • 招待講演
• [学会発表] 植物の害虫抵抗性のための嗅覚システム (2022)
  • 著者名/発表者名: 有村源一郎
  • 学会等名: 2022年度日本味と匂学会第56回大会シンポジウム「多様な生物の化学感覚受容機構」
  • 招待講演
• [備考] 東京理科大学有村研究室
  • URL: https://www.rs.tus.ac.jp/garimura/
• [産業財産権] 抗肥満用組成物 (2022)
  • 発明者名: 有村源一郎, 高沢青大, 八須匡和, 樋上賀一, 小林正樹
  • 権利者名: 有村源一郎, 高沢青大, 八須匡和, 樋上賀一, 小林正樹
  • 産業財産権種類: 特許
  • 産業財産権番号: 2022-167544