植物の免疫システムを活性化するバクテリアの分子「LPS」のセンサーをイネから発見

本研究成果のポイント

・バクテリアに特有の分子で、動物の先天性免疫系でも免疫応答を誘導する「LPS」の認識、応答に関わるイネのセンサータンパク質「OsCERK1」を明らかにしました。 

・OsCERK1と類似のタンパク質は幅広い植物種に保存されていて、アブラナ科植物にのみ存在する既報のLPSセンサーとは大きく異なる構造をしています。

・OsCERK1は、カビに特有の免疫応答誘導分子「キチン」のセンサーでもあるため、本研究成果は、病原性のカビとバクテリア両方に対する作物の病害制御技術を開発する上で重要な知見となります。    

＜要旨＞

明治大学、農業・食品産業技術総合研究機構(農研機構)、ナポリ大学(イタリア)の研究グループは、イネにおいてバクテリアの感染を検出し、免疫応答を活性化するセンサー(受容体様キナーゼ)を同定しました。

植物は、微生物(潜在的な病原菌)が共通して持つ特徴的な分子パターン(MAMPs＊1)を、植物の細胞膜上に存在する受容体や受容体様キナーゼによって認識することで、免疫応答を誘導することが知られています。MAMPsは多くの微生物に保存される分子であることから、近年、このMAMPs認識応答系が植物免疫機構の重要な仕組みの1つとして注目を集め、MAMPs誘導型抵抗性を強化することは広範囲の病原菌に有効な病害制御技術になり得ると期待され、世界的に研究が進められています。

これまで世界的に研究が進められてきた代表的なMAMPsには、カビの細胞壁構成成分であるキチン、バクテリアの細胞壁構成成分であるペプチドグリカンやリポ多糖(LPS＊2)などが挙げられます。これまでに、明治大学、農研機構のグループではキチンおよびペプチドグリカンの認識、応答に重要な分子としてLysM型受容体CEBiP＊3とLysM型受容体様キナーゼCERK1＊4を同定し、研究を進めてきました。また、LPS認識、応答に関しては、ドイツの研究グループによってBタイプレクチン型受容体様キナーゼ（LORE）が2015年に同定されました。しかし、このLOREはモデル植物であるシロイヌナズナが属するアブラナ科植物にしか保存されておらず、それ以外の大多数の植物におけるLPSの認識、応答に関わるタンパク質は未同定でありました。

本研究では、OsCERK1遺伝子を破壊したイネ(oscerk1イネ)を用いてLPS誘導性の活性酸素の生成や遺伝子発現誘導を解析した結果、oscerk1イネではこれらのLPS応答が野生型イネに比べて大幅に低下することを発見しました。また、このoscerk1イネにOsCERK1遺伝子を再導入すると、低下したLPS応答性が元に戻ることを示しました。これらの結果は、OsCERK1がイネのLPS認識に重要な役割を果たしていることを示しています。さらに、シロイヌナズナにある全てのLysM型受容体様タンパク質について、それらの遺伝子を破壊した株を用いてLPS応答解析を行った結果、いずれの破壊株も正常なLPS応答を示しました。したがってシロイヌナズナでは、これらのLysM型タンパク質が、少なくとも単独ではLPS認識、応答に関与しないことが示されました。これらの結果は、イネとシロイヌナズナでは全く異なるLPS認識機構を持つことを示しています。

本研究の結果、イネにおいて、バクテリアに特有なMAMPであるLPSの認識、応答に重要なセンサーとしてOsCERK1を同定しました。今後、LPS防御応答機構の解明は病害制御技術開発の基盤となることが期待されます。

本研究成果は、英国誌「New Phytologist」に11月30日付で掲載されました。

研究担当者　

明治大学農学部生命科学科　　　　教授　　　　　  賀来　華江

同　　　　　　　　　　　　　　　博士研究員　　  出崎　能丈

同　　　　　　　　　　　　　　　名誉教授　　　  渋谷　直人

明治大学大学院農学研究科生命科学専攻　　大学院生　　　　二宮　悠輔

同　　　　　　　　　　　　　　　            大学院生　　  　 岩瀬　良介

明治大学農学部生命科学科　　　　　　　　学部学生　　　   清水　佑美

同　　　　　　　　　　　　　　　            学部学生　　　   瀬古　圭都

農業・食品産業技術総合研究機構　　　　　主席研究員　　　西澤洋子

同　　　　　　　　　　　　　 　              博士研究員　  　香西　雄介　(現理研) 

同　　　　　　　　　　　　　　               主席研究員　    南　栄一

ナポリ大学（イタリア）　　　　　　　  　 教授　　        Antonio Molinaro

▼詳細については、以下リンク先をご覧ください

https://www.meiji.ac.jp/koho/press/2017/6t5h7p00000pwmuw.html