植物細胞壁における異物認識・情報伝達・防御応答のダイナミズム

2012 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 22580051
• Research Institution: Okayama University
• Principal Investigator: 豊田 和弘 岡山大学, 環境生命科学研究科, 准教授 (50294442)
• Project Period (FY): 2010-04-01 – 2013-03-31
• Keywords: 細胞壁 / エクト型 ATPase / ジアミンオキシダーゼ / Blue-Native PAGE / エンドウ褐紋病菌 / サプレッサー / ジャスモン酸 / 防御応答

Research Abstract

本研究課題の最大の特徴は、植物細胞壁に存在するエクト型 ATPase（アピラーゼ）を分子標的とする病原糸状菌由来のサプレッサー（抵抗性抑制因子）の作用機序の解析を通して、細胞壁が独自に備えた異物認識・免疫システムとその回避の仕組みについて明らかにする点にある。申請者らはすでに、エクト型 ATPase の近傍には複数の免疫機構に関連したタンパク質が存在し、これらと協調して細胞壁での免疫応答を成立させていることを示してきた。逆に言えば、この ATPase の機能低下（活性抑制）が免疫不全を引き起こし、結果として病原体による感染を許すという考え方である。今年度も、細胞壁 ATPase を免疫応答の「マスター酵素」と位置付け、これを起点とするタンパク間相互作用や細胞内部（下流）への情報伝達について、生理・生化学的な解析を加えた。エンドウの細胞壁タンパク質を調製し、Blue-Native 電気泳動で解析した結果、エクト型 ATPase は活性酸素生成酵素の１つであるジアミンオキシダーゼと複合体として精製され、この活性が ATPase と同調して調節されることが明らかとなった。一方、エンドウ褐紋病菌由来のサプレッサーならびに　ATPase 阻害剤を用いた解析から、ATPase の活性阻害とジャスモン酸を介した情報伝達系の亢進は深く関連すること、さらに、ジャスモン酸合成に関与する遺伝子を発現抑制したエンドウでは、本菌に対する感受性（罹病性）が著しく低下することなどが示された。これらの結果より、サプレッサーは宿主の細胞壁 ATPase を標的とし、この活性抑制がジャスモン酸合成を促進し、生成するジャスモン酸を介してサリチル酸に依存した防御機構を一時的に阻害することで自身の感染を有利にしているものと考えられた。

Current Status of Research Progress

Reason

24年度が最終年度であるため、記入しない。

Strategy for Future Research Activity

24年度が最終年度であるため、記入しない。

Research Products

• [Journal Article] Plant cell walls as suppliers of potassium and sodium ions for induced resistance in pea (Pisum sativum L.) and cowpea (Vigna ungiculata L.) (2013)
  • Author(s): Amano, M., Toyoda, K., Kiba, A., Inagaki, Y., Ichinose, Y., and Shiraishi, T.
  • Journal Title: Journal of General Plant Pathology Volume: 79 Pages: 12-17
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] The Medicago truncatula–Mycosphaerella pinodes interaction: A new pathosystem for dissecting fungal-suppressor-mediated disease susceptibility in plants (2013)
  • Author(s): Toyoda, K., Ikeda, S., Morikawa, J., Hirose, M., Maeda, A., Suzuki, T., Inagaki, Y., Ichinose, Y., and Shiraishi, T.
  • Journal Title: Journal of General Plant Pathology Volume: 79 Pages: 1-11
  • DOI: DOI: 10.1007/s10327-012-0405-7
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Suppression of lipoxygenase (LOX)-, allene oxide synthase (AOS)-, allene oxide cyclase (AOC) and 12-oxo-phytodienoic acid reductase (OPR)-mRNA in pea reduces the sensitivity to a phytotoxin coronatine and disease development by Mycosphaerella pinodes (2013)
  • Author(s): Toyoda, K., Kawanishi, Y., Kawamoto, Y., Kurihara, C., Yamagishi, N., Tamura, A., Yoshikawa, N., Inagaki, Y., Ichinose, Y. and Shiraishi, T.
  • Journal Title: Journal of General Plant Pathology Volume: 79 Pages: 印刷中
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] H2O2 production by copper amine oxidase, a component of the ecto-apyrase (ATPase)-containing protein complex(es) in the pea cell wall, is regulated by an elicitor and a suppressor from Mycosphaerella pinodes (2012)
  • Author(s): Toyoda, K., Yasunaga, E., Niwa, M., Ohwatari, Y., Nakashima, A., Inagaki, Y., Ichinose, Y., Shiraishi, T.
  • Journal Title: Journal of General Plant Pathology Volume: 78 Pages: 311-315
  • DOI: DOI 10.1007/s10327-012-0399-1
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Genes expressed in tissue-cultured seedlings of mountain laurel (Kalmia latifolia L.) with colonizing Streptomyces padanus AOK30 (2012)
  • Author(s): Meguro, A., Toyoda, K., Ogiyama, H., Hasegawa, S., Nishimura, T., Kunoh, H., and Shiraishi, T.
  • Journal Title: Journal of General Plant Pathology Volume: 78 Pages: 303-310
  • DOI: DOI 10.1007/s10327-012-0396-4
  • Peer Reviewed
• [Presentation] ササゲにおけるペルオキシダーゼ依存性細胞外オキシダティブバースト反応の分子機構 (2013)
  • Author(s): 茶谷真菜美・大河摩祐・田中佳織・稲垣善茂・一瀬勇規・豊田和弘・白石友紀
  • Organizer: 平成25年度日本植物病理学会大会
  • Place of Presentation: 岐阜大学
  • Year and Date: 20130327-29
• [Presentation] エンドウの感染阻害物質 dihydromaleimide の抵抗性誘導効果 (2013)
  • Author(s): 飯尾賢太郎・鎌田智絵・渡辺智和・泉実・稲垣善茂・一瀬勇規・豊田和弘・白石友紀
  • Organizer: 平成25年度日本植物病理学会大会
  • Place of Presentation: 岐阜大学
  • Year and Date: 20130327-29
• [Presentation] ペルオキシダーゼ依存性細胞外オキシダティブバースト反応は，ササゲやエンドウにおける非宿主抵抗性に関与する (2013)
  • Author(s): 田中佳織・豊田和弘・茶谷真菜美・住井紀子・稲垣善茂・一瀬勇規・白石友紀
  • Organizer: 平成25年度日本植物病理学会大会
  • Place of Presentation: 岐阜大学
  • Year and Date: 20130327-20130329
• [Presentation] 細胞外 ATP によるオキシダティブバースト反応の制御 (2012)
  • Author(s): 田中佳織・豊田和弘・稲垣善茂・一瀬勇規・白石友紀
  • Organizer: 平成24年度日本植物病理学会関西部会
  • Place of Presentation: 鳥取市
  • Year and Date: 20120927-28
• [Presentation] エンドウにおけるサリチル酸を介した防御応答は褐紋病菌に対する侵入抵抗性に関与している (2012)
  • Author(s): 豊田和弘・石井寛子・山岸紀子・吉川信行・稲垣善茂・一瀬勇規・白石友紀
  • Organizer: 平成24年度日本植物病理学会関西部会
  • Place of Presentation: 鳥取市
  • Year and Date: 20120927-28
• [Presentation] エンドウにおけるサリチル酸を介した防御応答は褐紋病菌に対する侵入抵抗性に関与している (2012)
  • Author(s): 豊田和弘・石井寛子・山岸紀子・吉川信行・稲垣善茂・一瀬勇規・白石友紀
  • Organizer: 第22回（2012年）植物微生物研究会研究交流会
  • Place of Presentation: 神戸大学
  • Year and Date: 20120925-20120927
• [Presentation] サプレッションサブトラクティブハイブリダイゼーション法による Medicago truncatula からの細胞外 ATP 応答性遺伝子のスクリーニング (2012)
  • Author(s): 田中佳織・豊田和弘・稲垣善茂・一瀬勇規・白石友紀
  • Organizer: 第22回（2012年）植物微生物研究会研究交流会
  • Place of Presentation: 神戸大学
  • Year and Date: 20120925-20120927
• [Presentation] エンドウの感染阻害物質 dihydromaleimide の局部および全身抵抗性における役割 (2012)
  • Author(s): 飯尾賢太郎・鎌田智絵・渡辺智和・泉実・稲垣善茂・一瀬勇規・豊田和弘・白石友紀
  • Organizer: 第22回（2012年）植物微生物研究会研究交流会
  • Place of Presentation: 神戸大学
  • Year and Date: 20120925-20120927
• [Presentation] Infection inhibitor(s) generated in the cell wall preparation from Pisum sativum L. (2012)
  • Author(s): Iio, K., Kamada, C., Watanabe, T., Izumi, M., Inagaki, Y., Ichinose, Y., Toyoda, K. and Shiraishi,T.
  • Organizer: XV International Congress on Molecular Plant-Microbe Interactions
  • Place of Presentation: Kyoto, Japan
  • Year and Date: 20120729-20120802
• [Presentation] Genes expressed in tissue-cultured seedlings of mountain laurel (Kalmia latifola L.) with colonizing Streptomyces padanus AOK30 (2012)
  • Author(s): Meguro, A., Toyoda, K., Ogiyama, H., Hasegawa, S., Nishimura, T., Kunoh, H. and Shiraishi, T
  • Organizer: XV International Congress on Molecular Plant-Microbe Interactions
  • Place of Presentation: Kyoto, Japan
  • Year and Date: 20120729-0802
• [Presentation] The apoplastic oxidative burst and induced extracellular defense: production of an anti-fungal compound(s) in the extracellular space of cowpea leaves challenged with the fungal elicitor (2012)
  • Author(s): Uchioki, M., Toyoda, K., Tanaka, K., Takagi, M., Inagaki, Y., Ichinose, Y. and Shiraishi, T
  • Organizer: XV International Congress on Molecular Plant-Microbe Interactions
  • Place of Presentation: Kyoto, Japan
  • Year and Date: 20120729-0802
• [Presentation] Extracellular apyrase (ecto-ATPase) regulates the peroxidase-catalyzed apoplastic oxidative burst in cowpea (Vigna sinensis Endl.): implication in nonhost resistance (2012)
  • Author(s): Tanaka, K., Toyoda, K., Yamagishi, N., Yoshikawa, N., Inagaki, Y., Ichinose, Y. and Shiraishi, T
  • Organizer: XV International Congress on Molecular Plant-Microbe Interactions
  • Place of Presentation: Kyoto, Japan
  • Year and Date: 20120729-0802
• [Presentation] Plant cell wall is the first line of defense: a host-specific modulation for induced susceptibility (2012)
  • Author(s): Toyoda, K
  • Organizer: XV International Congress on Molecular Plant-Microbe Interactions
  • Place of Presentation: Kyoto, Japan
  • Year and Date: 20120729-0802
• [Presentation] Extracellular apyrase participates in elicitor-induced superoxide generation and impacts on non-host resistance of cowpea (2012)
  • Author(s): Tanaka, K., Toyoda, K., Inagaki, Y., Ichinose, Y. and Shiraishi, T.
  • Organizer: The 3rd International Ascochyta Workshop
  • Place of Presentation: Córdoba, Spain
  • Year and Date: 20120422-20120426
• [Presentation] Cell wall-associated apyrase, a key player for conditioning susceptibility/resistance in plant-pathogen interactions (2012)
  • Author(s): Toyoda, K., Shiobara, Y., Nagai, H., Kawakami, E., Amano, M., Tanaka, K., Inagaki, Y., Ichinose, Y. and Shiraishi, T.
  • Organizer: The 3rd International Ascochyta Workshop
  • Place of Presentation: Córdoba, Spain
  • Year and Date: 20120422-20120426
  • Invited