自然細胞死と細菌性病害抵抗性の向上を示すイネ病巣擬態変異体oshpl3の特性と遺伝学的解析

Characterization and genetic analysis of the oshpl3 rice lesion mimic mutant showing spontaneous cell death and enhanced bacterial blight resistance.

• Ranran Tu
• Hong Wang
• Qunen Liu
• Dongfei Wang
• Xingpeng Zhou
• Peng Xu
• Yinxing Zhang
• Weixun Wu
• Daibo Chen
• Liyong Cao
• Shihua Cheng
• Xihong Shen

抄録

植物病変模倣変異体は、植物の防御反応を自発的に活性化するため、病原体の防御機構を研究するための理想的な材料として利用されてきた。ここでは、イネ病変擬態変異体oshpl3の同定と特徴を報告する。この変異体は、生後7日目の苗の葉に白い斑点が見られたが、発育期には次第に大きな茶色の斑点に変化し、主要な農学的形質の指標が低下することを示した。組織化学的解析の結果、oshpl3では自然死とHOの過剰蓄積が起こっていることが明らかになった。また、病原体と関連する分子パターンを認識して活性化する活性酸素シグナル伝達の亢進や、病原体やJA代謝に関与する遺伝子の発現のアップレギュレーションなどの防御反応が発現するようになった。これらの防御応答は、Xanthomonas oryzae pv. oryzaeによる細菌性病害に対する抵抗性を高めた。変異遺伝子は、マップベースのクローニングによりOsHPL3（LOC_Os02g02000）として同定された。OsHPL3にG1006A変異が発生し、OsHPL3の膜貫通領域の295番目のアミノ酸のG-to-D変異を引き起こした。OsHPL3は葉緑体、細胞質、未知のオルガネラに局在していたが、変異したOsHPL3は葉緑体では明らかに観察されず、G295D変異がOsHPL3の葉緑体局在に影響を与えていることが示唆された。以上の結果から、OsHPL3のG295D変異が、OsHPL3変異体の表現型に影響を与えている可能性が高いことが示唆された。この結果は、OsHPL3タンパク質の機能研究に新たな手がかりを与えるものである。

Plant lesion mimic mutants have been used as ideal materials for studying pathogen defense mechanisms due to their spontaneous activation of defense responses in plants. Here, we report the identification and characterization of a rice lesion mimic mutant, oshpl3. The oshpl3 mutant initially displayed white spots on leaves of 7-day-old seedlings, and the white spots gradually turned into large brown spots during plant development, accompanied by poor metrics of major agronomic traits. Histochemical analysis showed that spontaneous cell death and HO hyperaccumulation occurred in oshpl3. Defense responses were induced in the oshpl3 mutant, such as enhanced ROS signaling activated by recognition of pathogen-associated molecular patterns, and also upregulated expression of genes involved in pathogenesis and JA metabolism. These defense responses enhanced resistance to bacterial blight caused by Xanthomonas oryzae pv. oryzae. The mutated gene was identified as OsHPL3 (LOC_Os02g02000) by map-based cloning. A G1006A mutation occurred in OsHPL3, causing a G-to-D mutation of the 295th amino acid in the transmembrane region of OsHPL3. OsHPL3 localized to the chloroplast, cytoplasm, and another unknown organelle, while the mutated protein OsHPL3 was not obviously observed in the chloroplast, suggesting that the G295D mutation affected its chloroplast localization. Based on our findings, the G295D mutation in OsHPL3 is most likely responsible for the phenotypes of the oshpl3 mutant. Our results provide new clues for studying the function of the OsHPL3 protein.

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