植物免疫デザイングループ

教員

教授: 河野 洋治  Prof. Dr.Yoji KAWANO
E-mail:yoji.kawano@(@以下はokayama-u.ac.jp を付けてください。)
専門分野: 植物分子生物学、植物免疫学
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主な研究テーマ

地球の人口は2050年までに90億人に達すると予想されています。農業は、21世紀半ばまでにこの人数を支えるために根本的に変化しなければなりません。コメは最も重要な作物であり、コメの改良は重要な研究課題です。 私たちの究極の目標は、生物的および非生物的ストレスに対処し、重要な農業形質を改善する新しいイネを設計することです。 私達は、イネ免疫の主要な構成要素である免疫受容体と低分子量Gタンパク質OsRac1の研究を行っています。 免疫受容体とOsRac1機能の包括的な理解により、イネ免疫をデザインできるようになると考えています。これらの問題に対処するために、ライブイメージングやゲノム編集などの最先端技術を組み合わせて研究を行っています。

1. NLRタンパク質のシグナル伝達経路の解明
NLRは、植物免疫の重要な細胞内受容体として知られている。私達は、細胞内スイッチである低分子量Gタンパク質イネOsRac1が、免疫を制御するマスターレギュレーターであることを明らかにしてきた(P Cell 2016, Curr Genomic 2016, FPB 2014, EMBO J 2014, COPB 2013, PSC 2013, Rice 2010)。OsRac1がNLR タンパク質Pit1を介した防御メカニズムにおいて重要な因子であるを発見した (図 1)(Cell Host Microbe 2010) 。Pit1がOsSPK1と呼ばれるGタンパク質の活性化タンパク質を介して、OsRac1を活性化することを見出した (PNAS 2018)。脂質修飾のパルミトイル化を介して Pit1 が細胞膜にアンカーすることが、細胞膜上でのPit1によるOsRac1活性化に重要であることも明らかにした (JBC 2014)。

2.パターン認識受容体によるOsRac1を介した耐病性誘導機構
低分子量Gタンパク質OsRac1は、イネ免疫を制御するマスターレギュレーターであることから、植物細胞内でのOsRac1活性化をモニタリングすることは、植物免疫を理解する上で重要であると考えた。FRETを用いたバイオイメージングセンサーを用いて(Plant Methods 2018, Cell Host Microbe 2010)、いもち病菌の細胞壁成分を感知してから3分以内にOsRac1が活性化することを見出した(図2:Cell Host Microbe 2013)。これは、植物ではじめて低分子量Gタンパク質の活性化を生細胞で観察した事例である。さらに、キチン受容体OsCERK1からの指令は、OsRac1の活性化タンパク質OsRacGEF1 を介してOsRac1まで伝えられることを発見した。


Latest publications

2019

Wang. P. #, Yao, S. #, Kosami, K., Zhang, Y., Fukao, Y., Zhang, H., She, Y.M., Hanada, K., Liu, R.*, and Kawano, Y. *Identification of endogenous small peptides involved in rice immunity through transcriptomics- and proteomics-based screening. Plant Biotechnology Journal 2019 doi: 10.1111/pbi.13208
#: equally contributed, *: co-corresponding author

2018
Wang, Q. #, Li, L. #, Ishikawa, K., Kosami, K., Uno, K., Nagawa, S., Tan, L., Du, J., Shimamoto, K., and Kawano, Y. Resistance protein Pit interacts with the GEF OsSPK1 to activate OsRac1 and trigger rice immunity. PNAS 115(49):E11551-E11560
#: equally contributed

Xie Y., Zhang Y., Han J., Luo J., Li G., Huang J., Wu H., Tian Q., Zhu Q., Chen Y., Kawano, Y., Liu Y.-G., and Chen L. (2018) The Intronic cis-Element SE1 Recruits trans- acting Repressor Complexes to Repress the Expression of ELONGATED UPPERMOST INTERNODE1 in Rice. Mol. Plant. doi: 10.1016/j.molp.2018.03.001.

Wong, HL.#, Akamatsu, A.#, Wang, Q.#, Higuchi, M., Matsuda, T., Okuda, J., Kosami, K., Inada, N., Kawasaki, T., Nagawa, S., Tan, L., Kawano, Y. (corresponding author), Shimamoto, K. (2018) In vivo monitoring of plant small GTPase activation using a Förster resonance energy transfer biosensor Plant Methods 14:56
#: equally contributed

2016
Nagano,M., Ishikawa, T., Fujiwara, M., Fukao, Y., Kawano, Y., Kawai-Yamada, M., and Shimamoto, K. (2016) Plasma membrane microdomains are essential for OsRac1-OsRbohB/H-mediated immunity in rice. Plant Cell 28:1966-83

Akamatsu, A., Shimamoto, K., and Kawano, Y. (2016) Crosstalk of Signaling Mechanisms Involved in Host Defense and Symbiosis against Microorganisms in Rice. Curr Genomic 17:1-17
Selected as a Editors’ choice

2015
Akamatsu, A., Uno, K., Kato, M., Wong, HL., Shimamoto, K., and Kawano, Y. (2015) New insights into the dimerization of small GTPase Rac/ROP guanine nucleotide exchange factors in rice. Plant Signal Behav 10:e1044702

Liu, L., Park, CH., He, F., Nagano, M., Wang, M., Bellizzi, M., Zeng, X., Liu, W., Ning, Y., Kawano, Y., and Wang, GL. (2015) The RhoGAP SPIN6 Associates with SPL11 and OsRac1 and Negatively Regulates Programmed Cell Death and Innate Immunity in Rice. PLoS Pathog 11:e1004629.
Selected in Tenth Anniversary PLOS Pathogens Collection

2014
Kawano, Y. (Corresponding author), Fujiwara, T., Yao, A., Housen, Y., Hayashi, K., and Shimamoto, K. (2014) Palmitoylation-dependent membrane localization of the rice R protein Pit is critical for the activation of the small GTPase OsRac1. J Biol Chem 289:19079-88

Kawano, Y. (Corresponding author), Kawano-Kaneko, T., and Shimamoto, K. (2014) Rho family GTPase-dependent immunity in plants and animals. Front. Plant Sci 5:522

Cesari, S., Kanzaki, H., Fujiwara, T., Bernoux, M., Chalvon, V., Kawano, Y., Shimamoto, K., Dodds, P., Terauchi, R. Kroj, T. (2014) The NB-LRR proteins RGA4 and RGA5 interact functionally and physically to confer disease resistance. EMBO J 33:1941-59

Kosami, K, Ohki, I., Nagano,M., Furuita, K., Sugiki, T., Kawano, Y., Kawasaki,Y., Fujiwara, T., Nakagawa, A., Shimamoto, K., and Kojima, C. (2014) The crystal structure of the plant small GTPase OsRac1 reveals its mode of binding to NADPH oxidase. J Biol Chem 289:28569-78
Selected as a cover photo of JBC

Sakane, H., Horii, Y, Nogami, S., Kawano, Y., Kaneko-Kawano, T., and Shirataki, H. (2014) α-Taxilin forms a complex with sorting nexin 4 and participates in the recycling pathway of transferrin receptor. PLoS One 9: e93509
2013
Kawano, Y., and Shimamoto, K. (2013) Early signaling network in rice PRR- and R-mediated immunity. Curr Opin Plant Biol. 16:496-504

Dang, TT. Shimatani, Z., Kawano, Y. (Corresponding author), Terada, R and Shimamoto, K. (2013) Gene editing a constitutively active OsRac1 by homologous recombination-based gene targeting induces immune responses in rice. Plant Cell Physiol 54:2058-2070

Akamatsu, A., Wong, H., Fujiwara, M., Okuda, J., Nishide, K., Uno, K., Imai, K., Umemura, K., Kawasaki, T., Kawano, Y., and Shimamoto, K. (2013) An OsCEBiP/OsCERK1-OsRacGEF1-OsRac1 module is an essential component of chitin-induced rice immunity. Cell Host Microbe 13: 465-476