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改変されたN-ヒドロキシピペコリン酸合成経路がトマトの全身獲得抵抗性を増強する

An engineered pathway for N-hydroxy-pipecolic acid synthesis enhances systemic acquired resistance in tomato

Research Article

Sci. Signal. 22 Oct 2019:
Vol. 12, Issue 604, eaay3066
DOI: 10.1126/scisignal.aay3066

Eric C. Holmes1,*, Yun-Chu Chen2,*, Elizabeth S. Sattely1,3,†, and Mary Beth Mudgett2,†

1 Department of Chemical Engineering, Stanford University, Stanford, CA 94305, USA.
2 Department of Biology, Stanford University, Stanford, CA 94305, USA.
3 Howard Hughes Medical Institute, Stanford University, Stanford, CA 94305, USA.

† Corresponding author. Email: sattely@stanford.edu (E.S.S.); mudgett@stanford.edu (M.B.M.)

* These authors contributed equally to this work.

要約

全身獲得抵抗性(SAR)は、あらゆる植物において幅広い病害抵抗性を誘導する、強力な免疫応答である。モデル植物のシロイヌナズナ(Arabidopsis thaliana)では、非感染組織における長距離シグナル伝達とSAR活性化が、循環免疫細胞なしで発生し、代わりに、代謝物のN-ヒドロキシピペコリン酸(NHP)に依存する。作物のSARを改変することで、環境の突然の変化に対して全体的な防御応答を開始する植物の能力を、外部制御できる可能性がある。そのような代謝物改変のアプローチには、作物においてNHPを産生し、それらに応答するための分子装置が必要であると考えられる。今回われわれは、ベンサミアナタバコ(Nicotiana benthamiana)の葉における異種発現を用いて、NHPの生合成に必要なシロイヌナズナ遺伝子の最少セットを同定した。トマトの葉におけるこれらの遺伝子の局所発現によって、病原体の非存在下で、遠位組織でSARが誘導されたことから、SAR形質は、病原体に応答する植物の内因性能力を増強するように改変できることが示唆された。われわれはさらに、トマトが細菌性病原体に応答して内因性NHPを産生すること、また、NHPは植物界全体に存在することも示し、NHP誘導性の防御を増強する改変戦略が、多くの作物で実現される可能性を提起した。

Citation: E. C. Holmes, Y.-C. Chen, E. S. Sattely, M. B. Mudgett, An engineered pathway for N-hydroxy-pipecolic acid synthesis enhances systemic acquired resistance in tomato. Sci. Signal. 12, eaay3066 (2019).

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