生物ストレスに応答したプリン分解の活性化：生理シグナル生成系としての役割検証

2016 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 26440147
• 研究機関: 広島大学
• 研究代表者: 坂本 敦 広島大学, 理学研究科, 教授 (60270477)
• 研究期間 (年度): 2014-04-01 – 2017-03-31
• キーワード: プリン分解 / 生物ストレス / 活性酸素 / キサンチン脱水素酵素

研究実績の概要

本研究は，病原菌の感染などの生物学的ストレスに対する初期応答として観察されるプリン分解の活性化の生理学的意義について，特にプリン分解が直接的あるいは間接的にその生成に関与する２種類の本質的に異なる生理活性分子，活性酸素（ROS）およびジャスモン酸（JA）の作用を足掛かりに解明することを目的とする。植物の病害抵抗性において ROS の生成は，病原菌の侵入に対し，その伸展を抑える重要な働きを担っている。シロイヌナズナにおいて，微生物の侵入に応答して ROS を生成する酵素としては，RBOHD に代表される NADPH オキシダーゼがよく知られるが，本研究では ROS を生成するプリン分解の初発酵素キサンチン脱水素酵素（XDH）の病害抵抗性への関与を調査してきた。これまで明確な結果は得られなかったため，本年度は複数の微生物を用いた病原抵抗性の特異性を中心に調査した。その結果，シロイヌナズナにおける主要なアイソフォームである AtXDH1 の遺伝子欠損や，ゲノムにコードされたもう１つの XDH (AtXDH2) を標的に含めた RNA 干渉は，シュードモナスやボトリチス，ペクトバクテリウムに対する病害抵抗性を低下させた。また，シュードモナスの接種に応答して，AtXDH1 の転写産物レベルが有意に亢進した。最近，メリーランド大学の Xiano の研究グループにより，AtXDH1 が生成する ROS がうどんこ病に対する抵抗性発現に貢献していることが示されたが，この報告を含めると，XDH は活物寄生菌と殺生菌の両方を含む少なくとも４種の異なる病原菌に対する基礎的抵抗性に関与していると考えられる。以上の結果から，XDH，特に AtXDH1 は幅広い病原性微生物に対する抵抗性に関わる新奇な病害抵抗性因子であることが示唆された。

研究成果

• [雑誌論文] Allantoin, a stress-related purine metabolite, can activate jasmonate signaling in a MYC2-regulated and abscisic acid-dependent manner (2016)
  • 著者名/発表者名: Takagi H, Ishiga Y, Watanabe S, Konishi T, Egusa M, Akiyoshi N, Matsuura T, Mori IC, Hirayama T, Kaminaka H, Shimada H, Sakamoto A
  • 雑誌名: Journal of Experimental Botany 巻: 67 ページ: 2519-2532
  • DOI: 10.1093/jxb/erw071
  • 査読あり / オープンアクセス / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Differential abilities of nitrogen dioxide and nitrite to nitrate proteins in thylakoid membranes isolated from Arabidopsis leaves (2016)
  • 著者名/発表者名: Takahashi M, Shigeto J, Shibata T, Sakamoto A, Morikawa H
  • 雑誌名: Plant Signaling & Behavior 巻: 11 ページ: e1237329
  • DOI: 10.1080/15592324.2016.1237329
  • 査読あり
• [雑誌論文] Rice CYO1, an ortholog of Arabidopsis thaliana cotyledon chloroplast biogenesis factor AtCYO1, is expressed in leaves and involved in photosynthetic performance (2016)
  • 著者名/発表者名: Tominaga J, Mizutani H, Horikawa D, Nakahara Y, Takami T, Sakamoto W, Sakamoto A. Shimada H
  • 雑誌名: Journal of Plant Physiology 巻: 207 ページ: 78-83
  • DOI: 10.1016/j.jplph.2016.10.005
  • 査読あり
• [雑誌論文] Light-triggered selective nitration of PSBO1 in isolated Arabidopsis thylakoid membranes is inhibited by photosynthetic electron transport inhibitors (2016)
  • 著者名/発表者名: Takahashi M, Shigeto J, Sakamoto A, Morikawa H
  • 雑誌名: Plant Signaling & Behavior 巻: 11 ページ: e1263413
  • DOI: 10.1080/15592324.2016.1263413
  • 査読あり
• [学会発表] Arabidopsis xanthine dehydrogenase1 is involved in resistance to a broad range of microbial pathogens (2017)
  • 著者名/発表者名: Takagi H, Ishiga Y, Egusa M, Shimada H, Kaminaka H, Sakamoto A
  • 学会等名: 第58回日本植物生理学会年会
  • 発表場所: 鹿児島大学群元キャンパス
  • 年月日: 2017-03-16 – 2017-03-18
• [学会発表] Allantoin stimulates heat-responsive gene expression and improves heat shock tolerance in Arabidopsis (2017)
  • 著者名/発表者名: Tanaka S, Han Y, Watanabe S, Takagi H, Shimada H, Sakamoto A
  • 学会等名: 第58回日本植物生理学会年会
  • 発表場所: 鹿児島大学群元キャンパス
  • 年月日: 2017-03-16 – 2017-03-18
• [学会発表] Possible involvement of ER dynamics in stress-induced ABA production in Arabidopsis leaves (2017)
  • 著者名/発表者名: Han Y, Kinoshita D, Watanabe S, Takagi H, SHimada H, Sakamoto A
  • 学会等名: 第58回日本植物生理学会年会
  • 発表場所: 鹿児島大学群元キャンパス
  • 年月日: 2017-03-16 – 2017-03-18
• [学会発表] A novel physiological role of Arabidopsis molybdenum cofactor sulfurase ABA3 in environmental adaptation (2017)
  • 著者名/発表者名: Watanabe S, Sawada Y, Hirai Y, Sakamoto A, Seo M
  • 学会等名: 第58回日本植物生理学会年会
  • 発表場所: 鹿児島大学群元キャンパス
  • 年月日: 2017-03-16 – 2017-03-18
• [学会発表] Purine catabolism impacts on plant growth and efficient nitrogen utilization in Arabidopsis (2016)
  • 著者名/発表者名: Takagi H, Watanabe S, Tanaka S, Shimada H, Sakamoto A
  • 学会等名: Plant Biology 2016
  • 発表場所: Austin Convention Center (Austin, Texas, USA)
  • 年月日: 2016-07-09 – 2016-07-13
  • 国際学会
• [備考]
  • URL: http://www.mls.sci.hiroshima-u.ac.jp/mpb/index.php