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不均一土壌環境に応答した寄生植物の感染統御機構

Planned Research

Project AreaMulti-layered regulatory system of plant resilience under fluctuating environment
Project/Area Number 20H05909
Research Category

Grant-in-Aid for Transformative Research Areas (A)

Allocation TypeSingle-year Grants
Review Section Transformative Research Areas, Section (III)
Research InstitutionNara Institute of Science and Technology

Principal Investigator

吉田 聡子  奈良先端科学技術大学院大学, 先端科学技術研究科, 教授 (20450421)

Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) 白須 賢  国立研究開発法人理化学研究所, 環境資源科学研究センター, グループディレクター (20425630)
Project Period (FY) 2020-11-19 – 2025-03-31
Project Status Granted (Fiscal Year 2024)
Budget Amount *help
¥92,690,000 (Direct Cost: ¥71,300,000、Indirect Cost: ¥21,390,000)
Fiscal Year 2024: ¥21,190,000 (Direct Cost: ¥16,300,000、Indirect Cost: ¥4,890,000)
Fiscal Year 2023: ¥21,190,000 (Direct Cost: ¥16,300,000、Indirect Cost: ¥4,890,000)
Fiscal Year 2022: ¥21,190,000 (Direct Cost: ¥16,300,000、Indirect Cost: ¥4,890,000)
Fiscal Year 2021: ¥20,150,000 (Direct Cost: ¥15,500,000、Indirect Cost: ¥4,650,000)
Fiscal Year 2020: ¥8,970,000 (Direct Cost: ¥6,900,000、Indirect Cost: ¥2,070,000)
Keywords寄生植物 / 吸器 / 窒素 / 栄養 / 吸器形成 / 長距離シグナル / 窒素栄養 / 全身シグナル / 栄養環境 / 土壌栄養 / 鉄
Outline of Research at the Start

寄生植物は、本来独立栄養生物である植物の中で、従属栄養生物への転換という大きな生存戦略の転換に成功した生物である。この中でも、ハマウツボ科の条件的寄生植物は、土壌中に散在する宿主植物の根を認識し、寄生器官を作り宿主植物と維管束を連結させることで宿主から栄養を獲得する従属栄養生物として生育するが、環境条件が良い場合、すなわち土壌栄養が豊富な場合は、宿主無しで独立栄養生物として成長できる。本研究では、寄生植物が如何にして土壌中の不均一な栄養環境を認知して感染への判断をおこない、宿主シグナルを統合し感染を成立させて従属栄養生物への転換を可能にしているのかを分子レベルで明らかにする。

Outline of Annual Research Achievements

一つの植物体の根を2つに分け異なる環境に晒すスプリットルート法を用いて、栄養濃度が高い培地と低い培地にコシオガマ個体の異なる根を配置した場合に、長距離栄養シグナルが生じ、吸器の形成を抑制することを見出した。また、影響を与える栄養条件が、局所的なシグナルと、長距離シグナルで異なることも見出した。この結果は、栄養そのものが長距離移動するわけではなく、何らかのシグナル分子に置き換わって離れた根を制御することを示唆している。長距離シグナルの実態に迫るために、 不均一栄養条件に置かれた寄生植物の異なる根および地上部でのRNA-seq解析をおこない、シグナル分子の候補を洗い出した。その中で、窒素栄養シグナル制御に関わる転写因子の発現変動が起こっていることを見出した。今後、これらの遺伝子の過剰発現などにより、機能解析を進める予定である。また、吸器誘導物質処理条件下でTSS-seq解析をおこなった。その中で、吸器誘導物質特異的にTSSが変化する遺伝子が見つかった。これらの遺伝子をクローニングし、機能解析を進めている。また、本年度は、宿主植物と寄生植物の相互作用により、体内の栄養環境がどのように変化するかを解析した。まず、寄生条件下においては、非寄生条件に比べて寄生植物のバイオマスが増加し、宿主植物のバイオマスが減少することを確かめた。さらに、元素濃度をIPC-MSを用いて解析した。その結果、多くの栄養元素が宿主植物から寄生植物へと移行していることが確認されたが、その移行には選択制があることが示唆された。さらに、遺伝子発現解析を行い、栄養点週に関わるトランスポーターを同定した。

Current Status of Research Progress
Current Status of Research Progress

2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.

Reason

寄生植物においても全身的な栄養シグナルが存在することを明らかにし、その制御因子の候補を同定した。また、TSSseq解析により、宿主因子の有無で転写開始点が変わる遺伝子を複数見出した。

Strategy for Future Research Activity

長距離シグナルの実態に迫るために、 RNA-seq解析によって得られたシグナル分子の候補遺伝子の機能解析を行う。シグナル分子を合成し、植物体に与えることで、植物体に対する効果を検証する。また、 シグナルの下流で働くと考えられる転写因子について、その抑制型の過剰発現をおこない、機能欠損時の影響を検証する。吸器誘導物質処理条件下でTSS-seq解析をおこなったので、転写開始点が変化する遺伝子に着目して研究を進める。興味深い変化を引き起こす遺伝子がいくつか見つかっているため、異なる転写開始点で作られる遺伝子の生体内での機能と遺伝子産物の機能を検証する。また、最終年度として研究成果を論文として発表する。

Report

(4 results)
  • 2023 Annual Research Report
  • 2022 Annual Research Report
  • 2021 Annual Research Report
  • 2020 Annual Research Report
  • Research Products

    (72 results)

All 2024 2023 2022 2021 2020 Other

All Int'l Joint Research (2 results) Journal Article (21 results) (of which Int'l Joint Research: 10 results,  Peer Reviewed: 19 results,  Open Access: 17 results) Presentation (49 results) (of which Int'l Joint Research: 17 results,  Invited: 15 results)

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      Volume: 13 Pages: 1077996-1077996

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    • NAID

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      2022 Annual Research Report
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  • [Presentation] Structural and signaling diversity of haustoria in Orobanchaceae parasitic plants2022

    • Author(s)
      Satoko Yoshida
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      16th World Congress on Parasitic Plants
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      2022 Annual Research Report
    • Int'l Joint Research / Invited
  • [Presentation] Lignification occurs after perceiving haustorium inducing factors to facilitate prehaustorium induction in Striga hermonthica2022

    • Author(s)
      Songkui Cui,Satoko Yoshida
    • Organizer
      16th World Congress on Parasitic Plants
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      2022 Annual Research Report
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Signaling pathways for prehaustorium induction by quinones, phenolics and cytokinins in Striga hermonthica2022

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      青木夏美,Songkui Cui,Satoko Yoshida
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      16th World Congress on Parasitic Plants
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      2022 Annual Research Report
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Identification of a Prehaustoria Suppressor in the Root Parasitic Plant Phtheirospermum japonicum2022

    • Author(s)
      Lei Xiang,Songkui Cui,Shota Shimada,Simon B. Saucet,Ken Shirasu,Satoko Yoshida
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      16th World Congress on Parasitic Plants
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      2022 Annual Research Report
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Transcriptome landscape in haustoria for host-regulated vascular connection2022

    • Author(s)
      Mengqi Cui,Momoko Yamaji,Kaori M. Furuta,Natsumi Masumoto,Kie Kumaishi,Yasunori Ichihashi,Dongbo Shi,Ayako Kawamura,Keiko Sugimoto,Satoko Yoshida
    • Organizer
      16th World Congress on Parasitic Plants
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    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Identification of a prehaustoria suppressor in the root praasitic plant Phtheirospermum japoincum2022

    • Author(s)
      Lei Xiang, Songkui Cui, Satoko Yoshida
    • Organizer
      第63回日本植物生理学会大会
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  • [Presentation] Molecular mechanisms of host tropism in Orobanchaceae parasitic plants2022

    • Author(s)
      Satoshi Ogawa, Songkui Cui, Satoko Yoshida, Ken Shirasu
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      第63回日本植物生理学会大会
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      2021 Annual Research Report
  • [Presentation] ハマウツボ科シオガマギク属寄生植物におけるアーバスキュラー菌根菌の感染機構2021

    • Author(s)
      川井友裕, Kee Yee Jia, 伊藤元巳, 吉田聡子
    • Organizer
      日本植物学会第85回大会
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      2021 Annual Research Report
  • [Presentation] 寄生植物の吸器誘導シグナル経路の解析2021

    • Author(s)
      青木夏美, 和田将吾, Songkui Cui, 吉田聡子
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      日本植物学会第85回大会
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      2021 Annual Research Report
  • [Presentation] シロイヌナズナと寄生植物コシオガマの道管連結の制御2021

    • Author(s)
      山路桃子, 古田かおり, 増本奈津美, 吉田聡子
    • Organizer
      日本植物学会第85回大会
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      2021 Annual Research Report
  • [Presentation] How do parasitic plants recognize their hosts?2021

    • Author(s)
      Satoko Yoshida
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      IPSR forum
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      2021 Annual Research Report
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  • [Presentation] 寄生植物が宿主植物に侵入して道管をつなぐ仕組み2021

    • Author(s)
      吉田聡子
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      第3回異分野再生研究会
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  • [Presentation] 病害寄生植物の寄生メカニズム解明に向けた分子遺伝学的アプローチ2021

    • Author(s)
      吉田聡子
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      植物病理関西支部若手の会
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      2021 Annual Research Report
    • Invited
  • [Presentation] Diversity and specificity of haustorium inducing factors for Orobanchaceae root parasitic plants2021

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      吉田 聡子、和田 将吾、青木 夏美、佐藤 綾人、Songkui Cui
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      2021 Annual Research Report
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      Mafrikhul MUttaqin;Songkui Cui;Satoko Yoshida
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      第62回日本植物生理学会大会
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      2020 Annual Research Report
  • [Presentation] Characterization of a root parasitic plant Phtheirospermum japonicum mutant that induces haustoria in the absence of host signal2021

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      Lei Xiang, Songkui Cui, Satoko Yoshida
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      第62回日本植物生理学会大会
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      青木夏美, 和田将吾, Songkui Cui, 吉田聡子
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      第62回日本植物生理学会大会
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  • [Presentation] Cellular and subcellular localization of haustorium inducing signals in the haustorium of the parasitic plant Striga hermonthica2021

    • Author(s)
      Songkui Cui, Yuri Takeda, Toshiaki Umezawa, Yuki Tobimatsu, Satoko Yoshida
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      第62回日本植物生理学会大会
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  • [Presentation] 寄生植物ストライガの吸器形成における遺伝子発現解析2021

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      和田将吾;小堀俊吾;熊石妃恵;Songkui Cui;市橋泰範;吉田聡子
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      第62回日本植物生理学会大会
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      2020 Annual Research Report
  • [Presentation] 宿主由来シグナルによって制御される寄生植物の器官発生2020

    • Author(s)
      吉田聡子
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      日本植物学会第84回大会
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  • [Presentation] Cell-cell interaction between parasitic plants and host plants2020

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      Satoko Yoshida
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  • [Presentation] モデル寄生植物の解析からみる植物間相互作用2020

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      吉田聡子
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      植物科学シンポジウム2020
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      日本植物学会第84回大会
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  • [Presentation] 寄生器官を形成しないコシオガマ変異体の解析2020

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      相澤みお, Songkui Cui, 古田かおり, 吉田聡子
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      日本植物学会第84回大会
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  • [Presentation] ハマウツボ科寄生植物シオガマギクにおけるアーバスキュラー菌根菌感染条件の探索2020

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      川井友裕, 伊藤元巳, 吉田聡子
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      日本植物学会第84回大会
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      2020 Annual Research Report
  • [Presentation] 寄生植物ストライガの吸器誘導物質の探索2020

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      和田将吾, 清水崇史, ツイソンクイ,峠隆之、吉田聡子
    • Organizer
      日本植物学会第84回大会
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      2020 Annual Research Report

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Published: 2020-11-24   Modified: 2024-12-25  

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