研究の目的
植物の耐病性機構をタバコとイネを用いて解析する。感染細胞が自殺して病原体を封じ込めるという植物特有の過敏感細胞死とこれに伴うシグナル物質生産や全身誘導抵抗性に関して、そのシグナル伝達経路を中心に解析し、耐病性植物育種に役立てる。
研究項目及び実施体制(◎は研究代表者)
- 過敏感細胞死の機構解析
(光原一朗、◎大橋祐子/(独)農業生物資源研究所) - 病傷害シグナル物質と情報伝達機構の解析
(瀬尾茂美、◎大橋祐子/(独)農業生物資源研究所) - 病害抵抗性機構の解析
(◎大橋祐子、加来久敏/(独)農業生物資源研究所)
研究の内容及び主要成果
- 病原体感染により活性化されるタバコのタンパク質リン酸化酵素MAPK(WIPKやSIPK)が、ジャスモン酸やエチレンの蓄積促進とサリチル酸の蓄積抑制を介して、殺生菌であるタバコ腰折病菌や舞病菌に対する耐病性獲得に重要な役割を果たすことを示した。別タイプのMAPK(MPK4)がジャスモン酸シグナル伝達を制御することでサリチル酸の蓄積を抑制すること、WIPKやSIPKが過敏感細胞死の実行にも必須であることを示すとともに、これらMAPKの上流や下流で働く低分子化合物やタンパク質因子を同定し、主要な耐病性シグナル伝達系を明らかにした。
- いもち病菌を接種した抵抗性イネ品種では、過敏感細胞死に伴いエチレンが放出されるが、その共生成物である青酸がいもち病抵抗性に重要であることを明らかにした。過敏感細胞死に伴いその発現が特異的に上昇するエチレン合成酵素遺伝子を特定し、この発現を抑制させたイネ、または感染誘導的プロモーターの支配下で過剰発現させたイネを作成した。前者ではいもち病抵抗性が崩壊し、後者ではいもち病抵抗性が増強された。
- イネの耐病性研究は大変遅れているが、耐病性関連のマーカー遺伝子が未同定なこともその一因である。タバコやシロイヌナズナで明らかになった耐病性関連遺伝子群のイネ相同遺伝子を検索し、いもち病・白葉枯病感染、サリチル酸・ジャスモン酸・エチレン処理、加傷処理後のこれらの発現特性を解析し、マーカー遺伝子としての特徴付けを行った。これらの結果から、イネでは、サリチル酸やジャスモン酸のシグナル伝達系がタバコとは異なっていることが示唆された。
見込まれる波及効果
ここで得られた知見や遺伝子等は、植物が本来持っている抵抗性を改変・増強させ、低農薬で育つ植物育種に役立つ。また、植物成分由来の農薬創製に有用である。これらは、安全性、経済性、環境保全の面から、消費者からも生産者からも歓迎されることが期待される。
主な発表論文
- Seo, S. et al.: A diterpene as an endogenous signal for the activation of defense responses to infection with tobacco mosaic virus and wounding in tobacco. Plant Cell 15: 863-873 (2003).
- Yamakawa, H., et al.: Plant mitogen-activated protein phosphatase interacts with calmodulins. J. Biol. Chem. 279:928-936 (2004).
- Katou, S., et al.: Catalytic activation of the plant MAPK phosphatase NtMKP1 by its physiological substrate salicylic acid-induced protein kinase but not by calmodulins. J. Biol. Chem. 280:39569-39581 (2005).
- Iwai, T., et al.: Contribution of ethylene biosynthesis for resistance to blast fungus infection in young rice plants.Plant Physiol. 142:1202-1215(2006)
- Takabatake, R. et al.: Involvement of wound-induced receptor-like protein kinase in wound signal transduction in tobacco plants. Plant. J. 47:249-257(2006)
研究のイメージ
