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環境応答植物学研究室
Laboratory of Cell Function
＜研究略歴＞
大阪市立大学 博士後期課程修了（学術博士）ミシガン大学医学部博士研究員/ 科学技術庁特別研究員/ 農業生物資源研究所 主任研究官/
2005年 明治大学 農学部 生命科学科 准教授/ 2011年 同教授 現在に至る。
＜主な担当科目＞
環境応答植物学、糖鎖生物学、生命科学入門（複数担当）＜ひとこと＞
植物の生存戦略の謎を解き、地球と人類の未来に貢献する研究テーマ
根を大地に張り地面に固定し一生涯その場所を移動することなく過ごす植物は，自分自身で環境を選択することが出来ず，あらゆる環境ストレスに対応しなければならない。しかし，八千種類を超える植物病原菌が存在するにもかかわらず，私たちの周りの植物を観察しても，病気になっている植物はほとんどありません。このことは，植物が多くの病原菌を含む微生物から自分を護る術を持っていることを示しています。 では，植物はどのように病原菌の襲来を察知して，病原菌の感染拡大を阻止し，病原菌を排除するのでしょう。本研究室ではこの疑問を解明することを目的としています。
植物は、病原菌を含む微生物に固有の分子群、MAMPs (Microbe-Associated Molecular Patterns, PAMPsともいう)を細胞膜上にある受容体（PRR)で認識して、様々の生体防御応答を誘導します(図）。この異物を識別するシステムは動物の自然免疫と類似していることから最近では植物免疫とも言います。本研究室では真菌の細胞壁構成分であるキチンMAMPを認識するLysM受容体を中心に，その分子構造及び認識機構の解明，さらに受容体直下流のシグナル分子の単離・同定及びその機能の解明を目指しています。また最近、我々はイネLysM受容体が、防御応答だけでなく、菌根菌との共生応答にも関与していることを明らかにし、イネがどのように相反する応答を制御しているのかについても解析を進めています。 これらの解析には，生化学，分子生物学及び構造生物学的手法を活用しながら研究を行っています。これらの研究を進めることにより植物防御応答の分子機構の理解を深め，「環境に」「地球に」やさしい新たな植物保護戦略の構築に寄与することを目標としています。
研究室メンバー
客員研究員 2名；博士後期課程 2名；博士前期課程 2年 4名；博士前期課程1年 2名；学部4年 9名；学部3年 7名研究業績
＜学術論文＞
・R. Zamorski*, K. Baba, T. Noda, R. Sawada, K. Miyata, T. Itoh, H. Kaku*, N. Shibuya*
Variety-dependent Accumulation of Glucomannan in the Starchy Endosperm and Aleurone Cell Walls of Rice Grains and Its Possible Genetic Basis.
Plant Biotechl., 40 (4):321-336(2023)
・K. Miyata, H. Kaku
How does OsCERK1 switch between immunity and symbiosis functions in rice?
Physiol. Mol. Plant Pathol., 125 :102010,(2023)
・K. Miyata, M. Hosotani, A. Akamatsu, N. Takeda, W. Jiang, T. Sugiyama, R. Takaoka, K. Matsumoto, S. Abe, N. Shibuya, H. Kaku
OsSYMRK Plays an Essential Role in AM Symbiosis in Rice (Oryza sativa).
Plant Cell Physiol., 64(4): 378-391(2023)
・K. Miyata, S. Hasegawa, E. Nakajima, Y. Nishizawa, K. Kamiya, H. Yokogawa, S. Shirasaka, S. Maruyama, N. Shibuya, H. Kaku
OsCERK2/OsRLK10, a homolog of OsCERK1, has a potential role for chitin-triggered immunity and AM symbiosis in rice.
Plant Biotechl., 39, 119–128 (2022)
・M. Suzuki, R. Numazaki, T. Nakagawa, N. Shibuya and H. Kaku
Cytoplasmic interaction of LysM receptors contributes to the formation of symbiotic receptor complex.
Plant Biotech., 37, 359-362 (2020)
・ S. Maruyama, N. Shibuya, H. Kaku, Y. Desaki,
Arabidopsis cell culture for comparable physiological and genetic studies.
Plant Signal. Behav., 15, e1781384 (2020)
・ W. Ye, S. Munemasa, T. Shinya, W. Wu , T. Ma, J. Lu, T. Kinoshita, H. Kaku, N. Shibuya, Y. Murata,
Stomatal immunity against fungal invasion comprises not only chitin-induced stomatal closure but also chitosan-induced guard cell death.
Proc. Natl. Acad. Sci. USA, 117, 20932-20942 (2020)
・M. Kohari, N. Shibuya, H. Kaku,
Simultaneous visualization of callose deposition and plasma membrane for live cell imaging in plant.
Plant Cell Reports, 39, 1517-1523 (2020)
・Y. Desaki, S. Takahashi, K. Sato, K. Maeda, S. Matsui, I. Yoshimi, T. Miura, J. Jumonji, J. Takeda, K. Yashima, M. Kohari, T. Suenaga, H.Terada, T. Narisawa, T. Shimizu, E. Yumoto, K. Miyamoto, M. Narusaka, Y. Narusaka, H. Kaku, N. Shibuya
PUB4, a CERK1-interacting ubiquitin ligase, positively regulates MAMP-triggered immunity in Arabidopsis.
Plant Cell Physiol., 60, 2573-2583(2019)
・M. Suzuki, I. Yoshida, K. Suto, Y. Desaki, Naoto Shibuya and Hanae Kaku
AtCERK1 Phosphorylation Site S493 Contributes to the Transphosphorylation of Downstream Components for Chitin-Induced Immune Signaling.
Plant Cell Physiol., 60,1804–1810 (2019)
・Y. Desaki*, M. Kohari, N. Shibuya, H. Kaku
MAMP-triggered plant immunity mediated by the LysM-receptor kinase CERK1.
J. Gen. Plant Pathol., 85,1–11 (2019).
・Y. Desaki, H. Shimada, S. Takahashi, C. Sakurayama, M. Kawai, H. Kaku, N. Shibuya
Handmade leaf cutter for efficient and reliable ROS assay.
Plant Biotech., 36, 275–278(2019).
・ Y. Desaki, Y. Kouzai, Y. Ninomiya, R. Iwase, Y. Shimizu, K. Seko, A. Molinaro, E. Minami, N. Shibuya, H. Kaku*, Y. Nishizawa*,
OsCERK1 plays a crucial role in the lipopolysaccharide-induced immune response of rice.
New Phytol., 217, 1042–1049, 2018 *Co-corresponding Author.
・Y. Desaki ., K. Miyata , M. Suzuki, N. Shibuya, H. Kaku
Plant immunity and symbiosis signaling mediated by LysM receptors,
Innate Immun., 24, 92-100 (2018).
・M. Suzuki, T. Watanabe, I. Yoshida, H. Kaku*, N. Shibuya*
Autophosphorylation site Y428 is essential for the in vivo activation of CERK1.
Plant Signal. Behav., 13. e1435228 (2018) *Co-corresponding Author.
・G. Carotenuto, M. Chabaud, K. Miyata, M. Capozzi, N. Takeda, H. Kaku, N.Shibuya, T. Nakagawa, D. Barker, A. Genre
The rice LysM receptor-like kinase OsCERK1 is required for the perception of short-chain chitin oligomers in arbuscular mycorrhizal signaling.
New Phytol., 214,1440–1446 (2017)
・F, Squeglia, R, Berisio, N, Shibuya and H Kaku
Defense against pathogens: structural insights into the mechanism of chitin induced activation of innate immunity.
Curr. Med. Chem., 36, 3980-3986 (2017)
・M, Shimono., T, Higaki., H, Kaku., N, Shibuya., S, Hasezawa and B Day.
Quantitative Evaluation of Stomatal Cytoskeletal Patterns during the Activation of Immune Signaling in Arabidopsis thaliana.
PLOSONE, (2016). doi:10.1371/ journal.pone.0159291.
・ K, Miyata., M, Hayafune., Y, Kobae., H, Kaku., Y, Nishizawa., Y, Masuda, N, Shibuya and T Nakagawa.
Evaluation of the role of the LysM receptor- like kinase, OsNFR5/OsRLK2 for AM symbiosis in rice.
Plant Cell Physiol, 57: 2283-2290 (2016).
・M, Suzuki., M, Shibuya., H, Shimada., N, Motoyama1., M, Nakashima., S, Takahashi., K, Suto., I, Yoshida., S, Matsui., N, Tsujimoto., M, Ohnishi., Y, Ishibashi., Z, Fujimoto., Y, Desaki., H, Kaku., K, Kito and N Shibuya.
Autophosphorylation of specific threonine and tyrosine residues in Arabidopsis CERK1 is essential for the activation of chitin-induced Immune signaling.
Plant Cell Physiol, 57: 2312-2322 (2016).
・H, Kaku and N Shibuya.
Molecular mechanisms of chitin recognition and immune signaling by LysM-receptors,
Physiol. Mol. Plant Pathol., 95: 60–65 (2016).
・T. Shinya, T. Nakagawa, H .Kaku, N .Shibuya.
Chitin-mediated plant–fungal interactions: catching, hiding and handshaking.
Curr. Opin. Plant Biol, 26:64-71 (2015).
・賀来華江, 渋谷直人.
キチンオリゴ糖は受容体のサンドイッチ型ダイマー形成を介して植物免疫を活性化する.
化学と生物. 53:726-728, 2015.
・T Shinya, K Yamaguchi, Y Desaki, K Yamada, T Narisawa, Y Kobayashi, K Maeda, M Suzuki, T Tanimoto, J Takeda, M Nakashima, R Funama,M Narusaka, Y Narusaka, H Kaku, T Kawasaki, N Shibuya.
Selective regulation of chitin-induced defense response by the Arabidopsis receptor-like cytoplasmic kinase PBL27.
Plant J., 79: 56-66 (2014). doi: 10.1111/tpj.12535.
・ Y. Kouzai, S Mochizuki, K Nakajima, Y Desaki, M Hayafune, H Miyazaki, N Yokotani, K Ozawa, E Minami, H Kaku, N Shibuya, Y Nishizawa.
Targeted gene disruption of OsCERK1 reveals its indispensable role in chitin perception and involvement in the peptidoglycan response and immunity in rice.
Mol. Plant-Microbe Int., 27: 975-982 (2014). doi/org/10.1094/MPMI-03-14-0068-R.
・K Miyata, T Kozaki, Y Kouzai, K Ozawa, K Ishii, E Asamizu, Y Okabe, Y Umehara, A Miyamoto, Y Kobae, K Akiyama, H Kaku, Y Nishizawa, N Shibuya, T Nakagawa.
Bifunctional plant receptor, OsCERK1, regulates both chitin-triggered immunity and arbuscular mycorrhizal symbiosis in rice.
Plant Cell Physiol. 55: 1859-1863 (2014). doi:10.1093/pcp/pcu129.
・Kouzai Y., Nakajima K., Hayafune M., Ozawa K., Kaku H., Shibuya N., Minami E., Nishizawa Y. ,
CEBiP is the major chitin oligomer-binding protein in rice and plays a main role in the perception of chitin oligomers.
Plant Mol. Biol. 84:519–528 (2014)
・Hayafune M., Berisio R., Marchetti R., Silipo A., Kayama M., Desaki Y., Arima S., Squeglia F., Ruggiero A., Tokuyasu K., Molinaro A., Kaku H., Shibuya N:
Chitin-induced activation of immune signaling by the rice receptor CEBiP relies on a unique sandwich-type dimerization.
Proc. Natl. Acad. Sci. USA, 111 : E404-E413 (2014)
＜著書・総説＞
1）T. Shinya, N. Shibuya and H. Kaku，
Affinity Labeling and Purification of Plant Chitin-Binding LysM-Receptor with Chitin Octasaccharide Derivatives.
[Lectin Purification and Analysis Methods and Protocols] Jun Hirabayashi (ed.), Methods in Molecular Biology, vol. 2132, pp401-412, Humana Press 2020
2）賀来華江 分担、植物の免疫と防御応答の分子機構―免疫と防御応答に関係する糖鎖―、
「植 物細胞壁実験法」、（編者,石井忠、石水毅、梅澤俊明、加藤陽治、岸本崇生、小西照子、松永俊朗）、pp 376-379, 弘前大学出版社、2016.
＜招待講演＞
1) H. Kaku, K. Miyata, S. Maruyama, W. Jiang, M. Kohari, M. Suzuki, Y. Desaki, N. Shibuya
LysM receptor-kinase CERK1 is a key molecular switch for the carbohydrate ligand-induced plant immunity and symbiosis signaling
12th Japan-US Seminar in Plant Pathology, 米国・イサカ・コーネル大学, 2022年8月28日-9月2日
2)賀来華江、 LysM 受容体を介した植物防御応答機構、植物ストレス科学研究シンポジウム
ー人類の未来のための植物科学―、
倉敷芸文館 アイシアター、2016年3月7,8日
3) H. Kaku & N. Shibuya,
Molecular mechanisms of chitin recognition and immune signaling by LysM-receptors,
11th Japan-US seminar: Molecular contact points in host-pathogen co-evolution,
ホテルクレメント高松、2015年10月26-29日