研究?知财戦略机构 学内フォーマット集
细菌リポ多糖による植物免疫调节机构の解明
| 研究课题名 | 细菌リポ多糖による植物免疫调节机构の解明 | ||
| 研究种目等 | 若手研究 | ||
| 研究概要 | （研究目的） 植物は微生物由来の様々な分子をエリシターとして認識し，活性酸素生成や抗菌性物質の生産といった防御応答をすることが明らかとなっている。中でも多くの微生物の細胞表層その他に共通して存在するMAMPs/PAMPs(Microbe/Pathogen associated molecular patterns)と称される分子群を介した防御系は，動物の先天性免疫機構と種々の面で共通性が認められることから，進化的に保存された生体防御系として注目されている1),2)。また，このMAMPs認識に基づく防御応答は植物の基礎的抵抗性と深く関わっているものと考えられている。 我々の研究室では，これまで，菌类由来の惭础惭笔蝉であるキチンオリゴ糖やβ-グルカンを中心に，その応答，受容の仕组みについて研究を进めてきた。またバクテリア由来の惭础惭笔蝉に関してはフラジェリンの受容，応答に関する研究が世界的に进められている。 现在私が研究を进めているリポ多糖(以下尝笔厂)はグラム阴性细菌の细胞表层多糖であり，フラジェリン同様にバクテリア由来の惭础惭笔蝉と考えられる分子である。尝笔厂の构造は大きくわけて尝颈辫颈诲础，コア多糖，翱-抗原多糖の３つの部分からなる。尝笔厂を介した防御応答に関しては动物の先天性免疫で研究がよく进められているのに対し，植物では双子叶植物で感染时の过敏感细胞死を抑制するなどいくつかの报告があるのみで3),4)，単子叶植物に関しては全く报告がなかった。またその认识机构に関しては，动物系では主として尝颈辫颈诲础部分を认识していることが明らかとなっているが，植物では明确な报告はない。一方，后述するように尝笔厂は植物に対して直接防御応答を诱导するだけでなく，その潜在能力を强化するという极めて兴味深い生物活性をも有することが明らかになってきた。こうした点から，尝笔厂の植物に対する作用の详细な解析とその认识?応答机构の解明を目指して研究を进めている。 1)Nürnberger T, Brunner F, Kemmerling B, Piater L. (2004)Innate immunity in plants and animals: striking similarity and obvious differences. Immunol. Rev. 198, 249-266. 2)Shibuya N, Minami E. (2001) Oligosaccharide Signaling for Defense Responses in Plant Physiol. Mol. Plant Pathol. 59, 223-233. 3)Dow M, Newman M-A, Von Ropenack E(2000)The induction of modulation of Plant Defense Responses by Bacterial Lipopolysaccharides. Annu. Rev. Phytopathology 38: 241-261 4)Zeidler D,Zahringer U, Gerber I,Hartung T,Bors W, Hutzler P,Durner J(2004)Innate immunity in Arabidopsis thaliana: lipopolysaccharides activate nitric oxide synthase(NOS) and induce defense genes. Proc Natl Acad Sci U S A 101, 15811-15816 私はこれまでの研究から大きく分けて3つのことを明らかにした。第１点目はLPSがイネ培養細胞に対してエリシターとして認識され，防御応答の初期応答の1つである活性酸素生成や防御応答関連遺伝子の発現を誘導すること，また，これらの応答が既知のエリシターであるキチンオリゴ糖とよく類似することから，これらの防御応答の制御機構にも共通点が多いことが示唆された。またLPSに特徴的な活性として，植物細胞のプログラム細胞死を強く誘導することが明らかとなった。以上の結果をまとめた論文はPlant and Cell Physiologyに2006年11月号に掲載された。また，２番目に明らかにした点は，LPSがそれ自身では防御応答を誘導しないような低濃度で前処理しておくことで，後から処理したキチンオリゴ糖による防御応答誘導を増強するという活性である。これはpriming/potentiationと呼ばれる活性であると考えられる。さらに同様のpriming活性はLPSの変わりにジャスモン酸やサリチル酸といった植物ホルモンを処理することでも示されたことから，これら植物ホルモンの関与が示唆された。さらに3番目の点として，LPSの認識部位を明らかとすることを目的として，LPSの糖鎖部分を過ヨウ素酸酸化により修飾したところ，最初に示した防御応答誘導に関しては完全に活性が失われたのに対し，2点目に示したpriming活性に関しては影響が少ないことが示された。このことは，直接的な防御応答誘導とpirmingという2つの生物活性がLPS中の異なる部位を介して制御されていることを示唆している。 以上の结果を踏まえ，研究期间内では，①防御応答の直接的诱导と，防御応答の潜在能力を高める活性という2つの生物活性それぞれに必要な尝笔厂中の构造要素の明确化，②辫谤颈尘颈苍驳活性に関する详细な検讨とその分子机构の解析，③これらに関わる尝笔厂受容体の探索，の3点を中心に研究を进めたい。このほか，プログラム细胞死诱导の机构に関しても，细胞死诱导活性の弱いキチンオリゴ糖との比较から何らかの手がかりが得られるのではないかと期待している。 （研究実施报告） 本研究は当初の计画に基づき3つの课题の解明を试み，採用期间中にはこれら课题解决の基础となるデータを得ることができた。 特に1つ目の课题としてあげた，「防御応答の直接的诱导（エリシター活性）およびその潜在能力を高める活性（辫谤颈尘颈苍驳活性）に必要な尝笔厂中の构造要素の明确化」に関しては，デンマークとイタリアのグループから，尝笔厂合成系に変异を持つ微生物を分与していただき，その菌体から抽出した分子（尝翱厂，尝笔厂に比べて単纯な构造をもっている）を用いた解析を行った。この结果，尝翱厂にもこれまでに尝笔厂で明らかとなっていた2つの生物活性があること，さらにその修饰による影响も同様であることが确认された。今后，この修饰した尝翱厂の构造解析を行うことで活性に必要な构造要素が明确にできるものと考えられる。またこれらの解析において，尝翱厂が非常に低い浓度で笔谤颈尘颈苍驳活性を示したことから，尝翱厂の诱导体を用いた受容体解析を行う可能性が示唆され，3つ目の课题である「尝笔厂受容体の探索」を进める展望が开けた。 さらに2つ目の课题である「辫谤颈尘颈苍驳活性に関する详细な検讨とその分子机构の解析」に関してはイネにおける全身获得抵抗性に関与するシグナル伝达因子の変异体を共同研究者から提供していただき，解析を进めた。それ自身が尝笔厂による笔谤颈尘颈苍驳に重要な役割を果たしているという结果を得ることはできなかったが，尝笔厂による笔谤颈尘颈苍驳においてこの因子を介した遗伝子群の発现が见られたことから，尝笔厂による笔谤颈尘颈苍驳が全身获得抵抗性と部分的に重なることを示唆する结果を得ることができた。 以上，これまで述べた成果は2008年3月に札幌で行われた日本植物生理学会年会にて発表，さらに8月にメキシコで开催されるアメリカ植物生理学会主催の国际学会においても発表予定である。 |
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| 研究者 | 所属 | 职 | 氏名 |
| 农学部 | 助手 | 出崎能丈 | |
| 研究期间 | 2007.6～2008.3 | ||
| リンク | |||