ジャスモン酸蓄積を活性化する新規病虫害抵抗性誘導化合物の創成と作用機構の解明

2020 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 20H02990
• 研究機関: 東京理科大学
• 研究代表者: 朽津 和幸 東京理科大学, 理工学部応用生物科学科, 教授 (50211884)
• 研究分担者: 倉持 幸司 東京理科大学, 理工学部応用生物科学科, 教授 (90408708)
• 研究期間 (年度): 2020-04-01 – 2023-03-31
• キーワード: 抵抗性誘導剤 / ジャスモン酸 / 植物免疫 / 構造活性相関 / シロイヌナズナ

研究実績の概要

植物培養細胞の活性酸素種（ROS）生成等を指標としたハイスループットスクリーニング系を用いて、化合物ライブラリーから新規抵抗性誘導剤候補化合物を選抜した。このうち仮称CY8は、シロイヌナズナに処理すると、濃度依存的にジャスモン酸（JA）の蓄積や、plant defensin (PDF) 1.2を含むJA経路の下流遺伝子やJAの生合成・代謝系関連遺伝子の発現を亢進した。化合物の濃度依存性や、JAの蓄積、遺伝子発現の経時変化を解析した。
CY8を長時間処理した場合、シロイヌナズナ及びタバコの生育を抑制する効果を示すことが明らかとなった。同時に、条件によっては色素の沈着が見られることを見出し、CY8が色素等の二次代謝経路を活性化する可能性を見出した。
CY8及び構造類縁化合物を、安価の出発物質から大量に合成する手法を確立した。蛍光標識化体を合成し、植物体内の動態を解析した。種々の構造類縁体を合成し、ジャスモン酸経路マーカー遺伝子の発現を指標として、構造活性相関解析を行い、活性に必要な化学構造の同定を進めた。またCY8結合タンパク質の同定への第一歩として、ビオチン標識化CY8を1種類合成し、シロイヌナズナの個体に対する活性を調査した。
CY8を処理したシロイヌナズナは、害虫アザミウマに対する耐虫性を向上させることが明らかとなった。灰色カビ病菌に感染に対するシロイヌナズナの耐病性を検定する実験系や、灰色カビ病菌の増殖に対する影響を検定する実験系の構築を進めた。
化合物処理後の遺伝子発現の変動の網羅的解析に着手した。

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

新型コロナウイルスの感染拡大により、研究代表者、研究分担者及び研究協力者の研究施設への立入が一部制限されたため、2020年度に予定した研究は一部2021年度に延期して実施したが、最終的には構造活性相関及び遺伝子発現に対する影響の解析をおおむね完了できた。

今後の研究の推進方策

遺伝子発現に対する影響の網羅的解析実験系、大規模データ解析系を構築し、本化合物のモデル植物に対する影響を網羅的に解析する。
耐病性実験系を構築し、モデル植物の耐病性に対する本化合物の効果を検証する。

研究成果

• [雑誌論文] Ultrastructural Characterization of Microlipophagy Induced by the Interaction of Vacuoles and Lipid Bodies Around Generative and Sperm Cells in Arabidopsis Pollen (2021)
  • 著者名/発表者名: Akita K, Takagi T, Kobayashi K, Kuchitsu K, Kuroiwa T, Nagata N
  • 雑誌名: Protoplasma 巻: 258:29-138 ページ: 0
  • DOI: 10.1007/s00709-020-01557-2
  • 査読あり
• [雑誌論文] Guidelines for the use and interpretation of assays for monitoring autophagy (4th edition) (2021)
  • 著者名/発表者名: Klionsky DJ,..., Kuchitsu K,..., Tong C-K
  • 雑誌名: Autophagy 巻: 17(1) ページ: 1-382
  • DOI: 10.1080/15548627.2020.1797280
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] An efficient direct screening system for microorganisms that activate plant immune responses based on plant窶杜icrobe interactions using cultured plant cells (2021)
  • 著者名/発表者名: Kurokawa M, Nakano M, Kitahata N, Kuchitsu K, Furuya T
  • 雑誌名: Scientific Reports 巻: 11 ページ: 7396
  • DOI: 10.3390/plants10040647
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Impact of autophagy on gene expression and tapetal programmed cell death during pollen development in rice. (2020)
  • 著者名/発表者名: Hanamata S, Sawada J, Ono S, Fukunaga T, Ogawa K, Nonomura K-I, Kimura S, Kurusu T, Kuchitsu K
  • 雑誌名: Front. Plant Sci 巻: 11;172 ページ: 0
  • DOI: 10.3389/fpls.2020.00172 2020.2
  • 査読あり
• [雑誌論文] Plasma Treatment Effect on the Paramagnetic Species of Barley Seed Radical's Intensity: an EPR study (2020)
  • 著者名/発表者名: Attri P, Anan T, Okumura T, Tanaka H, Yamashita D, Matsuo K, Itagaki N, Kamataki K, Koga K, Shiratani M, Kuchitsu K, Ishibashi Y
  • 雑誌名: Plasma Medicine 巻: 10(3) ページ: 159-168
  • DOI: 10.1615/PlasmaMed.2020036353
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Cell Cycle-Dependence of Autophagic Activity and Inhibition of Autophagosome Formation at M Phase in Tobacco BY-2 Cells (2020)
  • 著者名/発表者名: Shigeru Hanamata,Takamitsu Kurusu, Kazuyuki Kuchitsu
  • 雑誌名: Molecular Plant Sciences 巻: 21(23) ページ: 9166
  • DOI: 10.3390/ijms21239166
  • 査読あり
• [雑誌論文] Multicolour chemical imaging of plant tissues with hyperspectral stimulated Raman scattering microscopy. (2020)
  • 著者名/発表者名: Iino T, Hashimoto K, Asai T, Kuchitsu K, OzekiY
  • 雑誌名: Analyst 巻: 0 ページ: 0
  • DOI: 10.5511/plantbiotechnology.19.0417a
  • 査読あり
• [学会発表] ジャスモン酸の蓄積を亢進する新規植物免疫活性化候補化合物の効果の解析 (2021)
  • 著者名/発表者名: 西田えり佳，舟橋汰樹，斉藤優歩，中野正貴，北畑信隆，中澤裕，並木健太郎，中島麻希，倉持幸司，安部 洋，高橋史憲，橋本研志，朽津和幸
  • 学会等名: 第62回日本植物生理学会年会、オンライン開催
• [学会発表] 植物にジャスモン酸の蓄積を誘導する新規抵抗性誘導剤候補化合物の効果の解析 (2021)
  • 著者名/発表者名: 中澤 裕、舟橋汰樹、斉藤優歩、中野正貴、北畑信隆、西田えり佳、並木健太郎、中島麻希、倉持幸司、安部 洋、高橋史憲、橋本研志、朽津和幸
  • 学会等名: 令和3年度 日本植物病理学会大会、オンライン（ｗｅｂ）上開催
• [学会発表] シロイヌナズナのトマト斑葉細菌病菌に対する耐病性を亢進する、及ひジャスモン酸の蓄積を更新する新規植物免疫活性化剤候補化合物群の作用機構の解析 (2020)
  • 著者名/発表者名: 中野正貴，安江啓人，舟橋汰樹，山崎逸平，斉藤優歩，北畑信隆，石賀貴子，石賀康博，安部洋, 木村成介，諸橋賢吾，浅見忠男，朽津和幸
  • 学会等名: 第61回日本植物生理学会年会 大阪府吹田市 大阪大学吹田キャンパス
• [学会発表] シロイヌナズナにジャスモン酸の蓄積を誘導する化合物の発見と植物に対する作用の解析 (2020)
  • 著者名/発表者名: 舟橋汰樹・斉藤優歩・北畑信隆・中野正貴・山﨑逸平・並木健太郎・中澤裕・西田えり佳・中島麻希・安部洋・橋本研志・倉持幸司・朽津和幸
  • 学会等名: 日本植物学会第84回大会 WEB開催（Zoom）
• [備考] 食料・環境・エネルギー問題解決のヒントは、植物の生存システムに隠されている
  • URL: https://www.tus.ac.jp/sdgs/510