岡山大学大学院 環境生命科学研究科

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植物-病原菌相互作用学(Plant-Pathogen Interactions)

資源植物科学研究所 研究グループ

  植物免疫デザイングループ

教員

植物-病原菌相互作用学
KAWANO Yoji 教授 :河野 洋治 Prof. KAWANO Yoji
E-mail:yoji.kawano@(@以下はokayama-u.ac.jp を付けてください。)
専門分野: 植物免疫
Fumi FUKADA 助教(特任):深田 史美 Asst. Prof. FUKADA Fumi
E-mail:fumi.fukada@(@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-微生物相互作用学

主な研究テーマ

内因性免疫ペプチドによるイネ免疫の制御

植物は、植物サイトカインと呼ばれる内因性ペプチドを分泌して自身の免疫を巧妙に調節している。私達は、サイトカインのシグナル伝達やそのネットワークを理解し最適化できれば、免疫の向上が期待できると考え、研究を推進している。最近、私達は、イネのサイトカイン単離を目的としたマルチオミクス解析パイプラインを確立し、耐病性応答時に誘導される236個もの内因性分泌ペプチドを同定した(Plant Biotech J 2020)。その中には、システインリッチ型のRALF7、翻訳後修飾型のPSK4、既知のドメインを含まない新規ファミリーIRPなどのサイトカイン様ペプチドが含まれていた。さらに解析を進め、IRPは実際にサイトカイン活性を有しており、イネの最重要病害であるいもち病菌に対する抵抗性を正に制御する因子として働くことも見出している(bioRxiv 2021)。

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NLRタンパク質質のシグナル伝達経路の解明

NLRタンパク質は、植物免疫の重要な細胞内受容体である。私達は、OsRac1の活性化メカニズムを明らかにするため結合タンパク質の探索を行い、イネの最重要病害であるいもち病菌の免疫受容体であるNLR型タンパク質Pitを同定し、PitによるOsRac1の制御がいもち病菌への防御応答に重要であることを明らかにした(Cell Host Microbe 2010)。さらに、PitがOsSPK1と呼ばれるGタンパク質の活性化タンパク質を介して、OsRac1を活性化することを見出した(PNAS 2018)。また、脂質修飾(パルミトイル化)を介してPit1が細胞膜にアンカーすることが、Pitによる細胞膜上でのOsRac1活性化に必須であることも明らかにしている(JBC 2014)。これらの発見により、植物の中で最も強い免疫応答を引き起こすNLR免疫受容体の主要なシグナル伝達経路を明らかにした(Front Plant Sci. 2014)。

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パターン認識受容体によるOsRac1を介した耐病性誘導機構

私達は、低分子量Gタンパク質OsRac1が膜貫通型の免疫受容体であるパターン認識受容体のシグナル鍵因子であることを明らかにしている(bioRxiv 2020; Plant Cell 2016, Curr Genomic 2016; Curr Opin Plant Biol 2013)。OsRac1は、イネ免疫を制御するマスターレギュレーターであることから、植物細胞内でOsRac1活性化をモニタリングすることは、植物免疫を理解する上で重要であると考えた。蛍光タンパク質の蛍光共鳴エネルギー移動を用いたバイオイメージングセンサーを樹立し、いもち病菌の細胞壁成分を感知してから3分以内にOsRac1が活性化することを見出した(Plant Methods 2018)。これは低分子量Gタンパク質の活性化を植物の生細胞で観察した初めての事例である。さらに、キチン受容体OsCERK1からの指令が、OsRac1の活性化タンパク質OsRacGEF1 を介してOsRac1に伝えられることを発見した(Cell Host Microbe 2013)。RacGEF1がOsRacGEF2とヘテロダイマー化することも明らかにし、ダイマー化したGEFがキチンやフラジェリン受容体のキナーゼドメインに結合することも見出している(Plant Signal Behav 2015)。このGEFのダイマー化が様々な受容体キナーゼの下流で働く多様なGタンパク質の制御に重要な機構の一つと考えられた。

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最近の主な業績

  • Wang, Q., Li, Y., Kosami, K., Liu, C. Li, J., Zhang, D., Miki, D., Kawano, Y. Three highly conserved hydrophobic residues in the predicted α2 helix of rice NLR protein Pit contribute to its localization and immune induction Plant Cell Environ 2022 in press
  • Kawano Y. Fine-tuning ROS homeostasis by ROD1 is a battleground between rice and Magnaporthe oryzae Mol Plant 2021 14(12):1979-1981.
  • Akamatsu, A., Fujiwara, M., Hamada, H., Wakabayashi, M., Yao, A., Wang, Q., Kosami, K., Dang, T.T., Kaneko-Kawano, T., Shimamoto, K., Kawano, Y. The Small GTPase OsRac1 forms two distinct immune receptor complexes containing the PRR OsCERK1 and the NLR Pit Plant Cell Physiol. 2021 62(11):1662-1675
  • Fukada F, Rössel N, Münch K, Glatter T, Kahmann R. A small Ustilago maydis effector acts as a novel adhesin for hyphal aggregation in plant tumors. New Phytol 2021 231(1):416-431
  • Jing, Z., Wacera, W F., Takami, T., Takanashi, H., Fukada, F., Kawano, Y., Kajiya-Kanegae, H., Iwata, H., Tsutsumi, N., Sakamoto, W. NB-LRR-encoding genes conferring susceptibility to organophosphate pesticides in sorghum. Sci Rep. 2021 11(1):1982
  • Wang. P. #, Yao, S. #, Kosami, K., Zhang, Y., Fukao, Y., Zhang, H., She, Y.M., Hanada, K., Liu, R.*, and Kawano, Y. *Identification of endogenous small peptides involved in rice immunity through transcriptomics- and proteomics-based screening. Plant Biotech J 2020 20120.doi: 10.1111/pbi.13208
  • Fukada F, Kodama S, Nishiuchi T, Kajikawa N, Kubo Y. Plant pathogenic fungi Colletotrichum and Magnaporthe share a common G1 phase monitoring strategy for proper appressorium development. New Phytol 2019 222(4):1909-1923
  • Tanaka S, Schweizer G, Rössel N, Fukada F, Thines M, Kahmann R.Neofunctionalization of the secreted Tin2 effector in the fungal pathogen Ustilago maydis. Nat Microbiol 2019 Feb;4(2):251-257 2018
  • Wang, Q. , Li, L., Ishikawa, K., Kosami, K., Uno, K., Nagawa, S., Tan, L., Du, J., Shimamoto, K., and Kawano, Y. Resistance protein Pit interacts with the GEF OsSPK1 to activate OsRac1 and trigger rice immunity. PNAS 2018 115(49):E11551-E11560
  • Xie Y., Zhang Y., Han J., Luo J., Li G., Huang J., Wu H., Tian Q., Zhu Q., Chen Y., Kawano, Y., Liu Y.-G., and Chen L. The Intronic cis-Element SE1 Recruits trans- acting Repressor Complexes to Repress the Expression of ELONGATED UPPERMOST INTERNODE1 in Rice. Mol Plant 2018.doi: 10.1016/j.molp.2018.03.001
  • Wong, HL., Akamatsu, A., Wang, Q., Higuchi, M., Matsuda, T., Okuda, J., Kosami, K., Inada, N., Kawasaki, T., Nagawa, S., Tan, L., Kawano, Y. (corresponding author), Shimamoto, K. In vivo monitoring of plant small GTPase activation using a Förster resonance energy transfer biosensor Plant Methods 2018 14:56