イネNLR型抵抗性遺伝子の進化様式を利用した罹病性遺伝子の同定

2022 年度 実施状況報告書

• 研究課題/領域番号: 21K14834
• 研究機関: 公益財団法人岩手生物工学研究センター
• 研究代表者: 清水 元樹 公益財団法人岩手生物工学研究センター, ゲノム育種研究部, 主任研究員 (90734343)
• 研究期間 (年度): 2021-04-01 – 2024-03-31
• キーワード: NLR / Integrated domain (ID)

研究実績の概要

いもち病抵抗性タンパク質Piasは、2つのNLR型受容体（Pias-1とPias-2）をによって構成され、Pias-1は抵抗性反応の実行因子としての役割を持つ一方で、Pias-2はいもち病菌因子の認識に関わる役割を持つ。Pias-2には、IDとしてDUF761が存在する。Oryza属に含まれる様々な種（O. sativa、O. rufipogon、O. punctataなど）や他のイネ科植物のゲノム配列情報を利用してPias遺伝子座の変異を調査したところ、Pias-2対立遺伝子産物にはDUF761の位置にPKc_MAPKKやWRKYなどの様々な種類のタンパク質の断片が存在していた。さらに、Pias-2対立遺伝子産物のIDの種類を集計したところ、Aゲノム種が持つIDとしてはDUF761、HMA、DUF677が優占する一方で、他のゲノム種においては、HMA、DUF677、PKc_MAPKKが優占していた。興味深いことに、DUF761をIDとして持つPias-2対立遺伝子産物はAゲノム種のみに見られ、PKc_MAPKKをIDとして持つものはO. punctataなどの系統に限られた。Pias-2を特定した「Keiboba」のゲノム情報を詳細に調べるとPias-2のごく近傍にO. punctataが持つID（PKc_MAPKK）領域と高い相同性の領域があることを見出した。これらの結果から、Pias-2の進化過程においてIDの着脱（PKc_MAPKKからDUF761）が起きたと推定される。Oryza属における、IDの分布を詳細に調べた結果から、着目すべきイネ遺伝子を7つまでに絞り込んだ。

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

IDと相同性が高い配列を持つイネ遺伝子の欠損系統をイネ系統「ひとめぼれ」に対してCRISPR/Cas9法によって遺伝子欠損イネの作成を開始した。

今後の研究の推進方策

現在、IDと相同性の高いイネ遺伝子を欠損させたイネ系統の作出を行っている。十分な種子数が得られ次第、接種検定、およびRNAseq等を行うことで、標的とした遺伝子の機能解析を進める。

次年度使用額が生じた理由

最終年度に、遺伝子欠損株のRNAseq解析を実施するための予算が必要となったため。

研究成果

• [国際共同研究] John Innes Centre/The Sainsbury Laboratory(英国)
  • 国名: 英国
  • 外国機関名: John Innes Centre/The Sainsbury Laboratory
• [雑誌論文] Disentangling the complex gene interaction networks between rice and the blast fungus identifies a new pathogen effector (2023)
  • 著者名/発表者名: Sugihara Y, Abe Y, Takagi H, Abe A, Shimizu M, Ito K, Kanzaki E, Oikawa K, Kourelis J, Langner T, Win J, Bialas A, Ludke D, Contreras MP, Chuma I, Saitoh H, Kobayashi M, Zheng S, Tosa Y, Banfield MJ, Kamoun S, Terauchi R, Fujisaki K
  • 雑誌名: PLOS Biology 巻: 21 ページ: 21:e3001945
  • DOI: 10.1371/journal.pbio.3001945
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] A genetically linked pair of NLR immune receptors shows contrasting patterns of evolution (2022)
  • 著者名/発表者名: Shimizu M,Hirabuchi, Sugihara Y, Abe A, Takeda T, Kobayashi M, Hiraka Y, Kanzaki E, Oikawa K, Saitoh H, Langner T, Banfield MJ, Kamoun S, Terauchi R
  • 雑誌名: Proceedings of the National Academy of Sciences 巻: 119 ページ: 119:e2116896119
  • DOI: 10.1073/pnas.2116896119
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Isolation of Pikps, an allele of Pik, from the aus rice cultivar Shoni (2022)
  • 著者名/発表者名: Kovi B, Sakai T, Abe A, Kanzaki E, Terauchi R, Shimizu M
  • 雑誌名: Genes & Genetic Systems 巻: 97 ページ: 229～235
  • DOI: 10.1266/ggs.22-00002
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Rice apoplastic CBM1-interacting protein counters blast pathogen invasion by binding conserved carbohydrate binding module 1 motif of fungal proteins (2022)
  • 著者名/発表者名: Takeda T, Takahashi M, Shimizu M, Sugihara Y, Yamashita T, Saitoh H, Fujisaki K, Ishikawa K, Utsushi H, Kanzaki E, Sakamoto Y, Abe A, Terauchi R
  • 雑誌名: PLOS Pathogens 巻: 18 ページ: 18:e1010792
  • DOI: 10.1371/journal.ppat.1010792
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Effector target-guided engineering of an integrated domain expands the disease resistance profile of a rice NLR immune receptor (2022)
  • 著者名/発表者名: Maidment JHR、Shimizu M、Vera S、Franceschetti M、Longya A、Stevenson CEM、De la Concepcion JC、Bia?as A、Kamoun S、Terauchi R、Banfield MJ
  • 雑誌名: bioRxiv 巻: - ページ: -
  • DOI: 10.1101/2022.06.14.496076
  • オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Barley MLA3 recognizes the host-specificity determinant PWL2 from rice blast (<i>M. oryzae</i>) (2022)
  • 著者名/発表者名: Brabham Helen J.、De La Cruz Diana G?mez、Were Vincent、Shimizu M, Saitoh H, Inmaculada HP, Green P, Lorang J, Fujisaki K, Sato K, Molnar I, Simkova H, Dolezel J, Russell J, Taylor J, Smoker M, Gupta YK, Wolpert T, Talbot NJ, Terauchi R, Moscou MJ
  • 雑誌名: bioRxiv 巻: - ページ: -
  • DOI: 10.1101/2022.10.21.512921
  • オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] The rice OsERF101 transcription factor regulates the NLR Xa1-mediated immunity induced by perception of TAL effectors (2022)
  • 著者名/発表者名: Yoshihisa A, Yoshimura S, Shimizu M, Sato S, Matsuno S, Mine A, Yamaguchi K, Kawasaki T
  • 雑誌名: New Phytologist 巻: 236 ページ: 1441～1454
  • DOI: 10.1111/nph.18439
  • 査読あり / 国際共著
• [学会発表] Genomic exploration of host specificity determinants identifies wheat blast effectors that are recognized by rice NLR (2023)
  • 著者名/発表者名: Motoki Shimizu; Adam Bentham; Soichiro Asuke; Yukio Tosa; Sophien Kamoun; Mark Banfield; Ryohei Terauchi
  • 学会等名: International Helper-and Paired NLR Mini-Symposium 2023
  • 国際学会
• [学会発表] イネいもち病抵抗性遺伝子Piasと対応する非病原力遺伝子AVR-Piasの単離 (2022)
  • 著者名/発表者名: 清水 元樹; 杉原 優; 宮路 直実; 阿部 陽; 寺内 良平
  • 学会等名: 日本育種学会第142回講演会
• [図書] イネいもち病抵抗性タンパク質は付加ドメインを"擬似餌"として病原抵抗性を誘導する (2023)
  • 著者名/発表者名: 清水 元樹; 寺内 良平
  • 総ページ数: 4
  • 出版者: バイオサイエンスとインダストリー
• [備考] イネのいもち病抵抗性機構の解明
  • URL: https://www.kyoto-u.ac.jp/ja/research-news/2022-07-22-2