ファイトプラズマの動植物ホストスイッチングメカニズム―宿主決定の分子機構の解明に向けて

2003 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 13306004
• Research Institution: The University of Tokyo
• Principal Investigator: 難波 成任 東京大学, 大学院・新領域創成科学研究科, 教授 (50189221)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 佐藤 守 独立行政法人農業生物資源研究所, 主席研究管理官 ; 石川 幸男 東京大学, 大学院・農学生命科学研究科, 助教授 (60125987)
• Keywords: 小環状DNA / 全ゲノム解読 / 昆虫伝搬決定因子 / ATP合成酵素 / ヨコバイ / ホストスイッチング

Research Abstract

本年度は、ゲノム解読をさらに進め、ホストスイッチングに関与すると思われる遺伝子の発現ベクターを構築し、植物に発現させ、これにOY-NIMを感染させ、昆虫伝搬能が復帰するかどうか、個々の発現植物について調べる予定であった。しかし、当初の計画を覆し、ゲノム解読が急速に進み、全ゲノム解読に世界で初めて成功し、その結果、これまでの計画以上に研究が大きく進展することが期待されることとなった。全構造解析の結果、ファイトプラズマゲノムは,DNA複製や転写,翻訳に必要な基本的遺伝子が認められた一方で,アミノ酸合成系,脂肪酸合成系,TCA回路,酸化的リン酸化に関与する遺伝子を欠いていた.これはマイコプラズマ同様,代謝に必要な物質の多くを宿主細胞に依存していることを示すものと思われる.しかし,ペントースリン酸回路やPTS, ATP合成酵素に関する遺伝子も欠いており,自律増殖する生物において,最少遺伝子を持つとされるマイコプラズマより代謝関連遺伝子が少なかった.これはファイトプラズマがマイコプラズマと異なり,細胞内寄生で栄養豊富な植物篩部に生息するため,退行的進化により遺伝子の多くを失ったのであろう.逆に,ファイトプラズマゲノムには,マイコプラズマには無い膜輸送系遺伝子が多数コードされていた.生物の「最少ゲノム」については,これまで数多くの研究があるが,ファイトプラズマゲノムはエネルギー合成系をも欠き,栄養豊富な環境に適応した,新しいタイプの「最少ゲノム」であり,生物は生活する環境によって想像以上に多様な遺伝子構成で生きてゆけることを示唆している.今後昆虫伝搬能決定因子の解明が急速に進むことが期待される。

Research Products

• [Publications] Jung, H-Y., Miyata, S., Oshima, K., Kakizawa, S., Nishigawa, H., Kuboyama, T., Ugaki, M., Hibi, T., Namba, S.: "First complete nucleotide sequence and heterologous gene organization of the two rRNA operons in the phytoplasma genome."DNA and Cell Biology. 22. 209-215 (2003)
• [Publications] Miyata, S., Oshima, K., Kakizawa, S., Nishigawa, H., Jung, H-Y., Kuboyama, T., Ugaki, M., Namba, S.: "Two different thymidylate kinase gene homologues, including one that has catalytic activity, are encoded in the onion yellows phytoplasma genome."Microbiology. 149. 2243-2250 (2003)
• [Publications] Jung, H-Y., Sawayanagi, T., Kakizawa, S., Nishigawa, H., Wei, W., Oshima, K., Miyata, S., Ugaki, M., Hibi, T., Namba, S.: ""Candidatus Phytoplasma ziziphi", a novel phytoplasma taxon associated with jujube witches' broom disease."International Journal of Systematic and Evolutionary Microbiology. 53. 1037-1041 (2003)
• [Publications] Jung, H-Y., Sawayanagi, T., Wongkaew, P., Kakizawa, S., Nishigawa, H., Wei, W., Oshima, K., Miyata, S., Ugaki, M., Hibi, T., Namba, S.: ""Candidatus Phytoplasma oryzae", a novel phytoplasma taxon associated with rice yellow dwarf disease."International Journal of Systematic and Evolutionary Microbiology. 53. 1925-1929 (2003)
• [Publications] Kakizawa, S., Oshima, K., Nishigawa, H., Jung, H-Y., Wei, W., Suzuki, S., Tanaka, M., Miyata, S., Ugaki, M., Namba, S.: "Secretion of immunodominant membrane protein from onion yellows phytoplasma through the Sec protein-translocation system in Escherichia coli."Microbiology. 150. 135-142 (2003)
• [Publications] Oshima, K., Kakizawa, S., Nishigawa, H., Jung, H-Y., Wei, W., Suzuki, S., Arashida, R., Nakata, D., Miyata, S., Ugaki, M., Namba, S.: "Reductive evolution suggested from the complete genome sequence of a plant-pathogenic phytoplasma."Nature Genetics. 36. 27-29 (2003)