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遺伝子細胞工学 (Genetic Engineering)

植物病原菌の病原性と植物病害抵抗性の解析と応用

教員

ICHINOSE Yuki教授: 一瀬 勇規 Prof. Dr. ICHINOSE Yuki
E-mail: yuki@(@以下はokayama-u.ac.jp を付けてください。)
専門分野:分子植物病理学
植物病原細菌の病害力遺伝子の発現制御機構と機能の解析並びに植物病害防除への応用
YAMAMOTO Mikihiro教授: 山本 幹博  Prof. Dr.YAMAMOTO Mikihiro
E-mail: myama@(@以下はokayama-u.ac.jp を付けてください。)
専門分野:植物病理学
植物病害の発病過程における特異性決定機構の分子的解析
MATSUI Hidenori准教授: 松井 英譲 Assoc. Prof. MATSUI Hidenori
E-mail: hmatsui@(@以下はokayama-u.ac.jp を付けてください。)
専門分野:植物病理学、植物生理学
植物免疫制御因子の機能解析と耐病性品種作出への応用

主な研究テーマ

 植物病害の制御には病原菌の病原性と, 植物免疫と呼ばれる植物病害抵抗性の解明が重要です。私たちは, 病害防除への応用を視野に入れ, 分子遺伝学的手法を駆使して, 植物病原菌の病原性と植物の病原菌に対する抵抗性機構を遺伝子レベルで解析しています。最近では, 植物病原細菌のべん毛糖タンパク質フラジェリンが非宿主に対する防御応答と宿主に対する病原性に重要であることなどを見出しました。

植物病原細菌の病原性の解析

・植物病原細菌Pseudomonas syringae には異なる植物を宿主とする多くの病原型が存在します。本菌の病原性にはタイプIII分泌機構, 毒素生産, 運動能, 菌体密度感知機構, バイオフィルム形成能力などを必要としていますが, それら病原性因子が感染のどの段階で必要とされるのか, 病原性遺伝子の時間・空間的発現制御機構を明らかにします。

P. syringae のべん毛とタイプIV線毛による運動能は病害力因子として重要であること、べん毛の主要タンパク質フラジェリンは原核生物では稀な糖タンパク質であり, 非宿主抵抗性を誘導する主要因子であることを見出しました。また、フラジェリン糖鎖修飾酵素遺伝子を欠損させた変異株は運動能が低下することを見出しました。広範囲の植物病原細菌においてフラジェリンは糖鎖修飾されていたことから、糖鎖修飾の阻害は病害力の低下に繋がることが期待されます(図1)。

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・ナス科植物青枯病菌Ralstonia solanacearum はナス科植物など100種以上の作物に病害を及ぼす難防除性植物病原細菌です(図2)。本菌はタイプIII分泌機構により72のエフェクタータンパク質を直接宿主植物細胞質に導入することが知られています。これらエフェクターの機能とそれに対する植物側の応答を解析します。

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植物病害の発病過程における特異性決定機構の分子的解析

・宿主植物にのみ毒性を発揮する物質である「宿主特異的毒素」に注目し,その化学構造や植物に対する生理・生化学的作用を研究しています。また,病原菌における宿主特異的毒素合成遺伝子群のクローニング・構造解析によって,病原菌の変異を分子遺伝学的に研究しています(図3)。

画像3【図3 拡大】
MAMP応答性リン酸化タンパク質に着目した植物免疫応答制御機構の解明

・植物は様々な病原菌の感染から身を守るための防御機構を有しています。細胞膜上に存在する受容体により、微生物が有する基本的な構造を認識し、下流にシグナルを伝達することで防御応答を誘導しています。これら防御機構の理解は、効率的な品種改良に欠かすことができません。多くのMAMP受容体はタンパク質リン酸化酵素部位を含み、MAMP認識直後にタンパク質リン酸化が誘導されることで、さまざまな防御応答を誘導するシグナルとして利用されています。MAMP認識に伴いリン酸化が変動するタンパク質群の機能解析を進めることで、植物の抵抗性機構の解明を進めています(図4、図5)。

画像4_5【図4、5 拡大】
植物病原細菌の病原力発現機構の解明

・植物病原菌は、宿主植物に感染を成立させるために、様々な分子機構を進化させています。宿主植物に感染を成立させることができる植物病原細菌でも、病原力は異なります。植物病原細菌が有する病原力発揮に重要な分子機構を明らかにすることができれば、病害防除に役立つ効率的な薬剤開発や、感染予防法の確立にも繋がると期待されます。現在、複数の菌株間の病原力の差異を明らかにし、比較ゲノム解析により病原力に重要な遺伝子領域の探索を進めています(図6)。

画像6【図6 拡大】

研究業績リスト

・Ichinose, Y., Tasaka, Y., Yamamoto, S., Inoue, Y., Takata, M., Nakatsu, Y., Taguchi, F., Yamamoto, M., Toyoda, K., Noutoshi, Y. and Matsui, H. (2020) PsyR, a transcriptional regulator in quorum sensing system, binds lux box-like sequence in psyI promoter without AHL quorum sensing molecules and activates psyI transcription with AHL in Pseudomonas syringae pv. tabaci 6605. J. Gen. Plant Pathol. 86, 124-133.
・Buscaill, P., Chandrasekar, B., Sanguankiattichai, N., Kourelis, J., Kaschani, F., Thomas, E.L., Morimoto, K., Kaiser, M., Preston, G.M., Ichinose, Y. and van der Hoorn, R.A.L. (2019) Glycosidase and glycan polymorphism control hydrolytic release of immunogenic flagellin peptides. Science (6436) eaav0748.
・Nakatsu, Y., Matsui, H., Yamamoto, M., Noutoshi, Y., Toyoda, K. and Ichinose, Y. (2019) Quorum-dependent expression of rsmX and rsmY noncoding small RNA in Pseudomonas syringae. Microbiol. Res. 223-225, 72-78.
・Iwamoto, K., Takamatsu, S. and Yamamoto, M. (2019) A host-specific toxin produced by the causal pathogen of black spot of peach. J. Gen. Plant Pathol. 85, 395-400.
・Ushijima, K. and Yamamoto, M. (2019) A Sequence Resource of Autosomes and Additional Chromosomes in the Peach Pathotype of Alternaria alternata. Mol. Plant-Microbe Interact. 32, 1273-1276.
・Matsui, H., Iwakawa, H., Hyon, G. S., Yotsui, I., Katou, S., Monte, I., Nishihama, R., Franzen, R., Solano, R. and Nakagami, H. (2019) Isolation of natural fungal pathogens from Marchantia polymorpha reveals antagonism between salicylic acid and jasmonate during liverwort-fungus interactions. Plant and Cell Physiology 61, 265-275.
・Sawada, T., Eguchi, M., Asaki, S., Kashiwagi, R., Shimomura, K., Taguchi, F., Matsui, H., Yamamoto, M., Noutoshi, Y., Toyoda K., and Ichinose, Y. (2018) MexEF-OprN multidrug efflux pump transporter negatively controls N-acyl-homoserine lactone accumulation in Pseudomonas syringae pv. tabaci 6605. Mol. Genet. Genomics 293: 907-917.
・Ombiro, G.S., Sawai, T., Noutoshi, Y., Nishina, Y., Matsui, H., Yamamoto, M., Toyoda, K. Ichinose, Y. (2018) Specific growth inhibitors of Ralstonia solanacearum, Xanthomonas oryzae pv. oryzae, X. campestris pv. campestris, and Clavibacter michiganensis subsp. michiganensis. Microbiol. Res. 215: 29-35.
・Yokoo, S., Inoue, S., Suzuki, N., Amakawa, N., Matsui, H., Nakagami, H., Takahashi, A., Arai, R. and Katou, S. (2018) Comparative analysis of plant isochorismate synthases reveals structural mechanisms underlying their distinct biochemical properties. Bioscience Reports 38, 1–13.
・一瀬勇規(2020)抗菌性物質分解酵素 植物病理学第2版 眞山滋志・土佐幸雄編 文永堂出版(東京)265-267.
・一瀬勇規・津下誠治(2020)細菌の病原性発現機構 植物病理学第2版 眞山滋志・土佐幸雄編 文永堂出版(東京)267-276.
・一瀬勇規・高野義孝(2019)第3章 植物はどうやって病気から自らの身を守るのか 植物たちの戦争 日本植物病理学会編著 講談社(東京)81-124.

卒業生・修了生進路

・学部卒業生:岡山大学等大学院博士前期課程等進学,就職(県農業試験場,生花関連,製薬関連,IT関連,その他)
・修士卒業生:岡山大学等大学院博士後期課程等進学,就職(国家公務員,県職員,食品,製薬,農薬,化学, 化粧品など)
・博士卒業生:大学教員(岡山大、福井県立大,日本大学,大阪大,弘前大,筑波大,インドネシア大 他),理化学研究所、企業(Syngenta Vietnam Co. Ltd)他

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