Function and evolution of rice NLR genes

水稻NLR基因的功能和进化

• 批准号: 20H00421
• 负责人: 寺内 良平
• 金额: $ 29.2万
• 依托单位: Kyoto University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Scientific Research (A)
• 财政年份: 2020
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2020-04-01 至 2021-03-31
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-20H00421/
• 关键词: ゲノム; 宿主-病原菌相互作用; イネ; 抵抗性遺伝子; いもち病菌; 共進化; 植物病害抵抗性; NLR; AVR

当初計画に従い、研究を実施した。今年度の研究実績は下記の通りである。(1) Pik NLRの IDのエンジニアリングによる抵抗性遺伝子認識特異性の拡大: 申請者らは、現在までにPik-1 NLR Integrated Domain (ID)であるHMAドメインの結晶構造解析により、AVR-PikとHMA-IDの相互作用に重要な原子間相互作用を特定した。一方AVR-Pikは、その宿主標的因子としてsmall HMA1(sHMA1)タンパク質に結合して安定化することを見出した。そこで、Pikp-1のIDのHMAとsHMAを交換して、多様なAVR-Pik対立遺伝子を認識することが可能なNLRを生成するコンストラクトを作成し、イネ形質転換を開始した。(2)Pias/Pia NLRの機能と進化の解明: エンジニアリング新規に同定したPias NLR遺伝子座を構成するPias-1とPias-2遺伝子の詳細な多型解析を実施した。その結果、Pias-2座が高度に多型で、多くの種類のIDを保有する対立遺伝子が見出された。Pias-2遺伝子座には、trans-species polymorphismが見出され、本遺伝子座にbalancing selectionが働いていることが示唆された。Pias－2のID交換によるNLRエンジニアリング実験に着手した。(3)NLRネットワークの機能解明: Pia遺伝子座近傍には、10個以上のNLR遺伝子がクラスターとなって存在する。これらのNLRの機能解明の目的で、各遺伝子のCRISPR/Cas9によるノックアウト実験に着手した。

The original plan, research and implementation. This year's research achievements are recorded below. (1)Pik-1 NLR Integrated Domain (ID) is an important part of the crystal structure analysis of HMA, AVR-Pik and HMA-ID interactions. A square AVR-Pik is a small HMA1 (sHMA1) factor for the host target. The HMA and sHMA of Pikp-1 are exchanged, and the AVR-Pik pair is recognized. The NLR is generated, and the quality of the product is changed. (2) Explanation of the function and evolution of Pias/Pia NLR: detailed multi-type analysis of Pias-1 and Pias-2 genes. As a result, Pias-2 blocks are highly polymorphic and have multiple ID types. Pias-2 is a cluster of genes, trans-species polymorphism, and balancing selection. Pias-2's ID exchange started with NLR. (3)NLR gene expression: Pia gene locus near, more than 10 NLR gene expression. The purpose of this NLR's functional explanation is to implement the use of CRISPR/Cas9 for each gene.

项目成果

Multiple variants of the blast fungus effector AVR-Pik bind the HMA domain of the rice protein OsHIPP19 with high affinity

• DOI: 10.1101/2020.12.01.403451
• 发表时间: 2020-12
• 期刊: bioRxiv
• 作者: J. Maidment;M. Franceschetti;A. Maqbool;H. Saitoh;C. Jantasuriyarat;S. Kamoun;R. Terauchi;M. Banfield

The blast pathogen effector AVR-Pik binds and stabilizes rice heavy metal-associated (HMA) proteins to co-opt their function in immunity

• DOI: 10.1101/2020.12.01.406389
• 发表时间: 2020-12
• 期刊: bioRxiv
• 作者: Kaori Oikawa;K. Fujisaki;Motoki Shimizu;Takumi Takeda;Keiichiro Nemoto;H. Saitoh;Akiko Hirabuchi;Yukie Hiraka;Naomi Miyaji;A. Białas;Thorsten Langner;Ronny Kellner;T. Bozkurt;Stella Cesari;T. Kroj;M. Banfield;S. Kamoun;R. Terauchi

The rice NLR pair Pikp-1/Pikp-2 initiates cell death through receptor cooperation rather than negative regulation

• DOI: 10.1101/2020.06.20.162834
• 发表时间: 2020-06
• 期刊: PLoS ONE
• 影响因子: 3.7
• 作者: Rafał Zdrzałek;S. Kamoun;R. Terauchi;H. Saitoh;M. Banfield

The Sainsbury laboratory/John Innes Centre(英国)

塞恩斯伯里实验室/约翰·英尼斯中心（英国）