ファイトプラズマのホストスイッチング機構に関わるシグナル分子ネットワークの解明

2011 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 21248004
• 研究機関: 東京大学
• 研究代表者: 難波 成任 東京大学, 農学生命科学研究科, 教授 (50189221)
• キーワード: ファイトプラズマ / 宿主因子 / 感染機構

研究概要

ファイトプラズマ（Phytoplasma属細菌）は、植物の篩部細胞内に寄生する病原微生物であり、世界中で多くの農作物に被害を与えている。ファイトプラズマは，ヨコバイなどの昆虫により媒介され、動植物宿主間を水平移動する「ホストスイッチング」により感染を拡大する。本研究は、ファイトプラズマのホストスイッチングの分子機構を解明し、その防除技術の確立のための基盤構築を目的とする。今年度は、前年度に条件検討を行ったファイトプラズマDNAチップを用いて、マイクロアレイ解析を行った。DNAチップに搭載するプローブは、我々が解読したCandidatus Phytoplasma asteris OY strainのゲノム情報に基づいて設計し、各遺伝子に対するプローブ長は300 bpとした。また、リアルタイムPCRにより、マイクロアレイによる結果の妥当性を検証した。その結果、感染植物と感染昆虫において４倍以上発現量が変化していた遺伝子が約300個見出された。これらの結果により、ファイトプラズマが自身の遺伝子発現を変化させることにより、異なる生物界の宿主に適応していることが改めて強く示唆された。ファイトプラズマがコードするまた、病原性に関わると推測される18個の分泌タンパク質遺伝子について詳細に調べたところ、これらのうち5遺伝子は、昆虫宿主よりも植物宿主に感染している時に４倍以上発現量２つの転写因子（rpoD、およびfliA）のうちrpoDは昆虫宿主において発現量が高く、fliAは植物宿主において発現量が高いことを明らかとなり、これらの転写因子が法ストスイッチングに関わる発現を制御していると考えられた。が高く、植物感染時に重要な役割を持つ遺伝子であることが示唆された。

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

今年度は、ファイトプラズマ転写因子の発現解析、および植物・昆虫感染時に特異的に発現する遺伝子群の同定を目的としていたが、これらの目標は概ね達成されている。ファイトプラズマの全ゲノム塩基配列により、ファイトプラズマはRpoDとFliAという２種類の転写因子をゲノム中に持つことが分かっていたが、今年度の解析により、２つの転写因子（rpoD、およびfliA）のうちrpoDは昆虫宿主において発現量が高く、fliAは植物宿主において発現量が高いことを明らかとなった。これらの結果から、rpoD、およびfliAの両転写因子がホストスイッチングに関わる発現を制御していると考えられ、次年度以降のさらなる解析の基盤とする。
また、ファイトプラズマDNAチップを用いたマイクロアレイ解析により、植物あるいは昆虫感染時において、発現量の異なる遺伝子を約300個同定した。これらの遺伝子群には膜輸送に関わるトランスポーターや代謝系の遺伝子が含まれており、当初の予定通りホストスイッチングに重要な働きをする遺伝子群を特定することができた。また、ファイトプラズマは宿主の細胞内に寄生するため、分泌タンパク質や膜タンパク質が病原性に関わると考えられている。本研究により、植物・昆虫感染時において発現量の異なる分泌タンパク質遺伝子や膜タンパク質遺伝子を同定することができたことは、病原性の分子機構を解明する上でも大きな成果であった。

今後の研究の推進方策

今年度の解析により、ホストスイッチングに関わる遺伝子群を特定することができたことから、今後は予定通り宿主側の遺伝子発現解析を行い、ファイトプラズマ感染が宿主に与える影響について調査していく予定である。ファイトプラズマは、植物に萎縮・叢生・黄化・花器官の葉化など、形態異常を伴うユニークな病徴を引き起こすのが特徴である。しかし、ゲノム解析の結果、既知の病原性因子は見出されず、病徴誘導の分子メカニズムは未だ謎に包まれており、本研究が病原性分子機構解明の端緒となることが期待される。

研究成果

• [雑誌論文] Cloning, expression analysis, and sequence diversity of genes encoding two different immunodominant membrane proteins in poinsettia branch-inducing phytoplasma (PoiBI). (2011)
  • 著者名/発表者名: Neriya Y., Sugawara K., Maejima K., Hashimoto M., Komatsu K., Minato N., Miura C., Kakizawa S., Yamaji Y., Oshima K., Namba S.
  • 雑誌名: FEMS Microbiology Letters 巻: 324 ページ: 38-47
  • DOI: 10.1111/j.1574-6968.2011.02384.x
  • 査読あり
• [雑誌論文] Dramatic transcriptional changes in an intracellular parasite enable host switching between plant and insect. (2011)
  • 著者名/発表者名: Oshima K., Ishii Y., Kakizawa S., Sugawara K., Neriya Y., Himeno M., Minato N., Miura C., Shiraishi T., Yamaji Y., Namba S.
  • 雑誌名: PLoS ONE 巻: 6 ページ: e23242
  • DOI: 10.1371/journal.pone.0023242
  • 査読あり
• [雑誌論文] A dual strategy for the suppression of host antiviral silencing: two distinct suppressors for viral replication and viral movement encoded by potato virus M. (2011)
  • 著者名/発表者名: Senshu H., Yamaji Y., Minato N., Shiraishi T., Maejima K., Hashimoto M., Miura C., Neriya Y., Namba S.
  • 雑誌名: Journal of Virology 巻: 85 ページ: 10269-10278
  • DOI: 10.1128/JVI.05273-11
  • 査読あり
• [雑誌論文] Unique morphological changes in plant pathogenic phytoplasma-infected petunia flowers are related to transcriptional regulation of floral homeotic genes in an organ-specific manner. (2011)
  • 著者名/発表者名: Himeno M., Neriya Y., Minato N., Miura C., Sugawara K., Ishii Y., Yamaji Y., Kakizawa S., Oshima K., Namba S.
  • 雑誌名: Plant Journal 巻: 67 ページ: 971-979
  • DOI: 10.1111/j.1365-313X.2011.04650.x
  • 査読あり
• [雑誌論文] First report of Helleborus net necrosis virus isolated from hellebores with black death syndrome in Japan. (2011)
  • 著者名/発表者名: Shiraishi T., Hoshi H., Eimori K., Kawanishi T., Komatsu K., Hashimoto M., Maejima K., Yamaji Y., Namba S.
  • 雑誌名: Journal of General Plant Pathology 巻: 77 ページ: 269-272
  • DOI: 10.1007/s10327-011-0321-2
  • 査読あり
• [雑誌論文] New detection systems of bacteria using highly selective media designed by SMART: Selective Medium-Design Algorithm Restricted by Two constraints. (2011)
  • 著者名/発表者名: Kawanishi T., Shiraishi T., Okano Y., Sugawara K., Hashimoto M., Maejima K., Komatsu K., Kakizawa S., Yamaji Y., Hamamoto H., Oshima K., Namba S.
  • 雑誌名: PLoS ONE 巻: 6 ページ: e16512
  • DOI: 10.1371/journal.pone.0016512
  • 査読あり
• [雑誌論文] A necrosis-inducing elicitor domain encoded by both symptomatic and asymptomatic Plantago asiatica mosaic virus isolates, whose expression is modulated by virus replication. (2011)
  • 著者名/発表者名: Komatsu K., Hashimoto M., Maejima K., Shiraishi T., Neriya Y., Miura C., Minato N., Okano Y., Sugawara K., Yamaji Y., Namba S.
  • 雑誌名: Molecular Plant-Microbe Interactions 巻: 24 ページ: 408-420
  • DOI: 10.1094/MPMI-12-10-0279
  • 査読あり
• [雑誌論文] Molecular epidemiology of plum pox virus in Japan. (2011)
  • 著者名/発表者名: Maejima K., Himeno M., Komatsu K., Takinami Y., Hashimoto M., Takahashi S., Yamaji Y., Oshima K., Namba S.
  • 雑誌名: Phytopathology 巻: 101 ページ: 567-574
  • DOI: 10.1094/PHYTO-10-10-0280
  • 査読あり
• [学会発表] ファイトプラズマ感染ペチュニアにおける花のホメオティック遺伝子の発現変動解析 (2012)
  • 著者名/発表者名: 姫野未紗子・菅原杏子・岩井涼・煉谷裕太朗・小松健・大島研郎・難波成任
  • 学会等名: 平成24年度日本植物病理学会大会
  • 発表場所: 福岡国際会議場
  • 年月日: 20120328-30
• [学会発表] ファイトプラズマ感染ペチュニアにおける花芽分裂組織遺伝子の発現変動 (2012)
  • 著者名/発表者名: 岩井涼・姫野未紗子・菅原杏子・煉谷裕太朗・小松健・大島研郎・難波成任
  • 学会等名: 平成24年度日本植物病理学会大会
  • 発表場所: 福岡国際会議場
  • 年月日: 20120328-30
• [学会発表] 機械刺激受容チャネル阻害によるファイトプラズマ増殖抑制の可能性 (2012)
  • 著者名/発表者名: 湊菜未・三浦千裕・桂馬拓也・北沢優悟・前島健作・大島研郎・難波成任
  • 学会等名: 平成24年度日本植物病理学会大会
  • 発表場所: 福岡国際会議場
  • 年月日: 20120328-30
• [学会発表] LAMP法を用いたファイトプラズマ病診断キットの開発 (2012)
  • 著者名/発表者名: 菅原杏子・滝波祐輔・前島健作・足立達司・白石拓也・橋本将典・難波成任
  • 学会等名: 平成24年度日本植物病理学会大会
  • 発表場所: 福岡国際会議場
  • 年月日: 20120328-30
• [学会発表] 植物-昆虫ホストスイッチングに伴うファイトプラズマ遺伝子の網羅的発現変動解析 (2012)
  • 著者名/発表者名: 三浦千裕・湊菜未・北沢優悟・前島健作・大島研郎・難波成任
  • 学会等名: 平成24年度日本植物病理学会大会
  • 発表場所: 福岡国際会議場
  • 年月日: 20120328-30
• [学会発表] ファイトプラズマの網羅的遺伝子発現解析系の確立 (2012)
  • 著者名/発表者名: 大島研郎・三浦千裕・湊菜未・北沢優悟・姫野未紗子・前島健作・難波成任
  • 学会等名: 平成24年度日本植物病理学会大会
  • 発表場所: 福岡国際会議場
  • 年月日: 20120328-30
• [学会発表] Poinsettia branch-inducing phytoplasma(PoiBI)の主要抗原膜タンパク質の発現解析 (2012)
  • 著者名/発表者名: 煉谷裕太朗・岩井涼・滝波祐輔・桂馬拓也・前島健作・大島研郎・難波成任
  • 学会等名: 平成24年度日本植物病理学会大会
  • 発表場所: 福岡国際会議場
  • 年月日: 20120328-20120330
• [学会発表] New Developments in Molecular Biological Research on Plant-Pathogenic Mollicutes: A Tiny Phytoplasma with a Reduced Genome tricks a Giant Plant Industry. (2011)
  • 著者名/発表者名: Namba S.
  • 学会等名: The 5th Meeting of the Asian Organization for Mycoplasmology
  • 発表場所: 長崎県医師会館
  • 年月日: 20111019-20111021
  • 招待講演
• [学会発表] 葉化症状を示すアジサイより初めて検出されたファイトプラズマ種とその検出キットの開発について (2011)
  • 著者名/発表者名: 滝波祐輔・高橋厚・石川一也・足立達司・三浦千裕・煉谷裕太朗・前島健作・難波成任
  • 学会等名: 平成23年度日本植物病理学会関東部会
  • 発表場所: 文部科学省研究交流センター
  • 年月日: 20110915-16
• [学会発表] Molecular analysis of genes encoding two different immunodominant membrane proteins in poinsettia branch-inducing phytoplasma (PoiBI). (2011)
  • 著者名/発表者名: Neriya Y., Maejima K., Yamaji Y., Oshima K., Namba S.
  • 学会等名: The second meeting of the International Phytoplasmologist Working Group
  • 発表場所: Neustadt an der Weinstrasse, Germany
  • 年月日: 20110912-20110915
• [学会発表] Expression changes of floral meristem identity genes in phytoplasma-infected petunia. (2011)
  • 著者名/発表者名: Sugawara K., Himeno M., Oshima K., Namba S.
  • 学会等名: The second meeting of the International Phytoplasmologist Working Group
  • 発表場所: Neustadt an der Weinstrasse, Germany
  • 年月日: 20110912-20110915
• [学会発表] Molecular mechamisms underlying the pathogenicity of phytoplasma. (2011)
  • 著者名/発表者名: Oshima K., Sugawara K., Himeno M., Adachi T., Ishikawa K., Takinami Y., Namba S.
  • 学会等名: XIII, International Congress of Bacteriology and Applied Microbiology
  • 発表場所: 札幌コンベンションセンター
  • 年月日: 20110906-20110910
  • 招待講演