2017 旭硝子財団 助成研究発表会 要旨集

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植物と病原菌の相互作用における植物の応答メカニズムの細胞生物学的研究 東京大学大学院理学系研究科 助教 植村 知博 1. 研究の目的と背景 植物は、様々な外部環境の変化に対して“動いてその場を逃げる”という手段が使えないため、細胞レベルで柔軟にこれに対応しなければならない。トランンスゴルジ網（TGN）は、ゴルジ体のトランス槽の外側に存在する網目状の構造体で、ゴルジ体を通過したタンパク質が機能すべき場所に正しく輸送されるための選別を行うオルガネラである。申請者はこれまでに、トランスゴルジ網（TGN）がうどんこ病菌に対する応答において重要なオルガネラであることを発見しているが、「どのようにして細胞の内膜系として存在するTGNから、細胞外にいる病原菌の侵入を防ぐのであろう」という問いは残されたままである。本申請課題では、シロイヌナズナに感染できるうどんこ病菌と感染できないうどんこ病菌の双方対して異常な表現型を示す変異体を用いて、植物が有する病原菌抵抗性メカニズムと病原菌が植物に感染するメカニズムの分子機構を併行して研究することで、細胞レベルでの植物の病原菌の相互作用について明らかにする。具体的には以下の研究をおこなう。 (a)病原菌抵抗性メカニズムの解明 (b)病原菌感染時における植物細胞の応答機構の解明 2. 研究内容 （実験、結果と考察） (a)病原菌抵抗性メカニズムの解明 シロイヌナズナに感染することが出来ないうどんこ病菌がsyp4変異体では増殖するようになった表現型をより詳細に解析することで、非宿主抵抗性の分子メカニズムの解明を試みる。現在の仮説としては、syp4変異体では，分泌異常のためにうどんこ病菌に対する抗菌物質の分泌や細胞壁の厚化がうまくいかず，その結果，うどんこ病菌の侵入と増殖を許す結果になったと考えており、生化学的なアプローチによりTGNが制御する病原菌抵抗性の実行因子を単離し、ライブセルイメージングによりこの因子が働く“場”を可視化することにより、植物においてTGNが担う病原菌抵抗性メカニズムを細胞レベルで解明することを目的とする。 研究期間中にシロイヌナズナに感染することが出来ないうどんこ病菌がsyp4変異体でのうえどんこ病菌に対する応答を詳細に解析した。うどんこ病菌侵入時にはゴルジ体から独立したトランスゴルジ網（GI-TGN）の数が増殖することを発見した（図１）。更に、GI-TGNは分泌経路で機能することを見出したことにより、GI-TGNによって運ばれる物質が病原菌応答に大切であることが示唆された。そこで病原菌侵入時の分泌タンパク質を同定するために、細胞間隙のタンパク質を単離しプロテオミクス解析を行った。現在、それらの結果を解析中である。考察 植物に固有のGI-TGNが分泌経路で機能し、病原菌応答において重要な役割を果たすことに明らかにした。プロテオミクスによりGI-TGNによって運ばれる因子の候補群を同定しているため、今後これらの因子がどのよに運ばれるかを明らかにすることで細胞内での病原菌抵抗性の分子機構が明らかになることが期待される。 (b)病原菌感染時における植物細胞の応答機構の解明 シロイヌナズナに感染することが可能であるうどんこ病菌を感染させたsyp4変異体では、サリチル酸依存的に葉緑体機能が維持できなくなることから、単膜系オルガネラであるTGNが病原菌応答において二重膜オルガネラである葉緑体の機能発現に関与していることが考えられる。本申請課題では、病原菌感染時に、TGNがどのように二重膜オルガネラである葉緑体の機能発現をしているかについて明らかにすることを目的とする。葉緑体のような二重の膜で囲まれたオルガネラとTGNなどの一重の膜で形成されるオルガネラ（単膜系オルガネラ）は、それぞれ独立して機能しているとこれまで考えられてきたが、本研究を実施することで、新規の葉緑体の機能発現メカニズムを解明することが期待できる。 研究期間中に病原菌感染時の葉緑体の形態について野生型とsyp4変異体で詳細に解析した。その結果、syp4変異体ではプラストグロビュールと呼ばれる葉緑体の内膜構造体に異常があることを見出した（図2）。現在、プラストグロビュールの形成機構を解明するためにプラストグロビュール局在タンパク質についての解析を進めている。 考察 病原菌感染時にTGNが葉緑体の内部構造であるプラ−58−発表番号　29　〔中間発表〕