① 植物病原微生物の感染機構の解明と利用技術の開発

① 植物病原微生物の感染機構の解明と利用技術の開発

課題番号2014025640
研究機関名農業生物資源研究所
研究期間2011-2015
年度2014
研究問題2.農業生物に飛躍的な機能向上をもたらすための生命現象の解明と利用技術の開発
大課題(2)農作物や家畜等の生物機能の高度発揮に向けた生物間相互作用の解明と利用技術の開発
中課題① 植物病原微生物の感染機構の解明と利用技術の開発
大項目第2 国民に対して提供するサービスその他の業務の質の向上に関する目標を達成するためとるべき措置
中項目1.試験及び研究並びに調査
摘要1. タバコが生産するジテルペノイドの一種スクラレオールは、難防除土壌病害である青枯病に対する抵抗性を、植物種を問わず誘導する。病害スペクトラムの調査の結果、スクラレオールはネコブセンチュウに対する抵抗性も誘導することが判明した。その抵抗性誘導機構を理解するためにシロイヌナズナ防御関連因子変異体を用いた解析を行い、スクラレオールが根においてエチレンシグナル伝達系を介してリグニン蓄積を高めること、蓄積したリグニンが物理的障壁となってセンチュウの侵入が抑制されることを明らかにした。
2. Pseudomonas protegens (P. fluorescensより独立) はバイオコントロール細菌として研究されてきたが、同種はアジアで分離されていなかった。P. protegensの国内での利用を目指して、さまざまな植物の根圏から分離した国内産の蛍光性Pseudomonas属細菌2,800株からP. protegens Cab57株を得た。全ゲノム解読の結果、同種に特有の抗菌性物質の生産に関わる遺伝子群をもつことが判明した。抗菌性の発現を負に制御するRetSを欠損させると、植物病原性卵菌であるPythium ultimumに対する抗菌性が亢進した。さらに、P. protegens の近縁種で植物保護能力が顕著なPseudomonas sp. Os17株を得、全ゲノム解読を行い、Os17株特有の遺伝子クラスターとしてリゾキシン類縁体合成酵素遺伝子群(rzxクラスター)を同定した。このうちrzxB遺伝子の欠損変異株では、P. ultimum及び植物病原性糸状菌に対する抗菌性とともに植物保護能力が低下し、リゾキシン類縁体が本菌株の植物保護能力に寄与することが示唆された。
3. タバコモザイクウイルス (TMV) の複製タンパク質は、感染細胞内で TMV ゲノムRNA から翻訳され、ゲノム RNA を特異的に複製する。この特異的複製の鍵となる複製タンパク質による鋳型選択機構を理解するために、試験管内TMV RNA翻訳・複製系を用いて解析を行った。これにより、複製タンパク質は、合成される途上でTMV RNAの特定の領域に結合し、当該RNAを複製に導くことを明らかにした。また、複製タンパク質が複製鋳型RNAに結合することが、そのRNAのさらなる翻訳を阻害し、翻訳から複製へのスイッチとして働くことも明らかにした。
4. ウイルスの宿主細胞への感染は、ウイルスゲノムの細胞への侵入、ウイルス遺伝子産物の合成、ウイルスゲノムの複製と分解等多くの要因により支配される。各素過程の分子レベルでの理解は進んできたが、それらを個々の細胞におけるウイルスの増殖に結びつける理論は欠如していた。そこで、トマトモザイクウイルスの感染過程を数理モデル化し、シミュレーションしたところ、細胞によって感染を成立させるウイルスゲノムの数がばらつくとともに、感染を成立させた個々のゲノム由来の子孫の蓄積量も大きくばらつくこと、複製の素過程の効率の小さな違いが細胞感染では大きく増幅されることが予想された。これらの予想は実際に実験で裏付けられた。さらなるシミュレーションにより、これらの特性が、ウイルス集団における適応的な(子孫を残す効率の高い)ゲノムの選択と欠損ゲノムの排除に貢献していることが示唆された。この知見は、ウイルス病の防除方法あるいはウイルスの有効利用方法の開発に示唆を与えるものである。
研究分担石川 雅之
光原 一朗
落合 弘和
瀬尾 茂美
西村 麻里江
吉川 学
竹内 香純
石橋 和大
協力分担関係筑波大学
農業・食品産業技術総合研究機構
大阪大学
岩手医科大学
予算区分技会交付金研究 SIP(次世代農林水産業) 農林水産業・食品産業科学技術研究推進事業 委託プロ・バリューチェーン[次世代ゲノム] 文科省[科研費]
業績(1)Structural basis for the recognition-evasion arms race between Tomato mosaic virus and the resistance gene Tm-1
(2)Analysis on blast fungus-responsive characters of a flavonoid phytoalexin sakuranetin; Accumulation in infected rice leaves, antifungal activity and detoxification by fungus
(3)Possible involvement of eEF1A in Tomato spotted wilt virus RNA synthesis
(4)Extracellular esterases of phylloplane yeast Pseudozyma antarctica induce defect on cuticle layer structure and water-holding ability of plant leaves
(5)Real time live imaging of phytopathogenic bacteria Xanthomonas campestris pv. campestris MAFF106712 in ‘Plant Sweet Home’
(6)Viruses roll the dice: The stochastic behavior of viral genome molecules accelerates viral adaptation at the cell and tissue levels
(7)Complete genome sequence of the biocontrol strain Pseudomonas protegens Cab57 discovered in Japan reveals strain-specific diversity of this species
(8)Replication protein of tobacco mosaic virus cotranslationally binds the 5′ untranslated region of genomic RNA to enable viral replication
(9)Rhizoxin analogs contribute to the biocontrol activity of a newly isolated Pseudomonas strain
(10)Sclareol induces plant resistance to root-knot nematode partially through ethylene-dependent enhancement of lignin accumulation
(11)植物に対する微生物の感染を防止又は抑制する方法及び微生物感染抵抗性植物
(12)センチュウ抵抗性誘導剤及びセンチュウ防除方法
(13)粒間スペースが長くなった形質転換植物
(14)カビの発現誘導型プロモーター
パーマリンクhttps://agriknowledge.affrc.go.jp/RN/3030217199
収録データベース研究課題データベース

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