いもち病菌エフェクターAVR-Pikとイネ因子Pik及びHMA相互作用の解明

2014 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 26292027
• 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: 神崎 洋之 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, 研究専門員 (10390882)
• 研究期間 (年度): 2014-04-01 – 2017-03-31
• キーワード: いもち病菌 / エフェクター / AVR-Pik / イネ / HMAドメイン / 罹病性遺伝子 / タンパク質相互作用

研究実績の概要

植物病原菌の分泌するエフェクターは、植物の基礎的抵抗性や代謝を操作することにより、病原菌感染の効率を高めていることが、近年示唆されている。しかしエフェクターの機能が詳細に明らかになっている例はまだ数少なく、イネ-いもち病菌においてはほとんど明らかとなっていない。AVR-Pikの相互作用因子として同定されたイネのsHMAタンパク質について、その機能解析をおこなった。
1）sHMAタンパク質は、N末にHMA（Heavy Metal Associated domain）領域を含む低分子のタンパク質であり、イネにおいては100種類程存在している。いもち病菌から分泌されたAVR-Pikは、少なくとも8種類のsHMAとタンパク質相互作用することが、酵母Two-hybrid法或いは共免疫沈降法などにより明らかとなった。
2）sHMA遺伝子の相同性の高い領域を利用した複数の遺伝子のノックダウン、或いはUTR領域を利用した個々ののsHMA遺伝子のノックダウンしたイネに、親和性のいもち病菌を接種する試験を行った。その結果、sHMA遺伝子のノックダウンにより、いもち病菌に対する罹病性が弱まり、その効果は複数sHMA遺伝子のノックダウンの方が高いことが確認された。以上のことから複数のsHMAが罹病性遺伝子 (Susceptibility gene : S-gene) として機能していることが推定された。
3）sHMAの過剰発現されたタバコ植物、或いはsHMAのノックダウンされたイネを用いた活性酸素種（ROS）の定量実験から、sHMAはROS スカベンジャーとして機能することで、PTIカスケードを負に制御している可能性が示唆された。

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

いもち病菌由来のエフェクターAVR-Pikは、イネにおいて少なくとも8種類のsHMAタンパク質と相互作用すること、さらにsHMAはROS スカベンジャーとして機能すること、などの新規な結果を得た。この点において概ね順調に進展していると思われる。しかし、AVR-PikとsHMAとの結合による細胞内局在性の変化、或いはsHMAがどのようなメカニズムでROS スカベンジャーとして機能するのかについては明らかになっておらず、課題として残っている。

今後の研究の推進方策

イネsHMAがどのようなメカニズムで罹病性遺伝子として機能しているのか、いもち病菌由来のAVR-PikのsHMAへのタンパク質相互作用にはどのような意味があるのか、について明らかにすべく研究を推進する。特に、AVR-PikとsHMAとの結合により細胞内局在性に変化はあるのか、或いはsHMAがどのようなメカニズムでROS スカベンジャーとして機能するのかについて、イネまたはタバコ植物を用いて詳細な生化学的または細胞学的な解析をおこなう。

次年度使用額が生じた理由

次年度に消耗品費等で購入予定が生じたために次年度使用額が生じた。

次年度使用額の使用計画

活性酸素種（ROS）を扱う試験（タンパク質精製など）のために使用する。

研究成果

• [雑誌論文] MutMap accelerates breeding of a salt-tolerant rice cultivar (2015)
  • 著者名/発表者名: Hiroki Takagi, Muluneh Tamiru, Akira Abe, Kentaro Yoshida, Aiko Uemura, Hiroki Yaegashi, Tsutomu Obara, Kaori Oikawa, Hiroe Utsushi, Eiko Kanzaki, Chikako Mitsuoka, Satoshi Natsume, Shunichi Kosugi, Hiroyuki Kanzaki, Hideo Matsumura, Naoya Urasaki, Sophien Kamoun & Ryohei Terauchi
  • 雑誌名: Nature biotechnology 巻: 33 ページ: 611-622
  • DOI: 10.1038/nbt.3188
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] The rice (Oryza sativa L.) LESION MIMIC RESEMBLING, which encodes an AAA-type ATPase, is implicated in defense response. (2014)
  • 著者名/発表者名: Fekih R, Tamiru M, Kanzaki H, Abe A, Yoshida K, Kanzaki E, Saitoh H, Takagi H, Natsume S, Undan JR, Undan J, Terauchi R
  • 雑誌名: Molecular Genetics and Genomics 巻: 290 ページ: 445-449
  • DOI: 10.1007/s00438-014-0944-z
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] The NB-LRR proteins RGA4 and RGA5 interact functionally and physically to confer disease resistance (2014)
  • 著者名/発表者名: Stella Césari, Hiroyuki Kanzaki, Tadashi Fujiwara5, Maud Bernoux, Véronique Chalvon, Yoji Kawano, Ko Shimamoto, Peter Dodds, Ryohei Terauchi & Thomas Kroj
  • 雑誌名: EMBO Journal 巻: 33 ページ: 1941-1959
  • DOI: 10.15252/embj.201487923
  • 査読あり / オープンアクセス
• [学会発表] いもち病菌（Magnaporthe oryzae）非病原力遺伝子AVR-Pikと相互作用するイネHMA domainタンパク質の機能解析 (2014)
  • 著者名/発表者名: 神崎洋之、斉藤宏昌、藤崎恒喜、小林光智衣、伊藤和江、三岡周子、神崎英子、Mark Banfield, Sophien Kamoun,寺内良平
  • 学会等名: 平成2６年度日本植物病理学会
  • 発表場所: 札幌コンベンションセンター
  • 年月日: 2014-06-02 – 2014-06-04
• [図書] Methods in Molecular Biology, Vol. 1127, Chapter 20 (2014)
  • 著者名/発表者名: Kanzaki, H., Yoshida, K., Saitoh, H., Tamiru, M. and Terauchi, R.
  • 総ページ数: 269-275
  • 出版者: Springer