植物ホルモン間クロストークの構造基盤解明と新規な有用形質制御剤の創製

• Project/Area Number: 17J04676
• Research Category: Grant-in-Aid for JSPS Fellows
• Allocation Type: Single-year Grants
• Section: 国内
• Research Field: Applied biochemistry
• Research Institution: The University of Tokyo
• Principal Investigator: 平林 佳 東京大学, 大学院農学生命科学研究科, 特別研究員(PD)
• Project Period (FY): 2017-04-26 – 2020-03-31
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2018)
• Budget Amount: ¥4,420,000 (Direct Cost: ¥3,400,000、Indirect Cost: ¥1,020,000); Fiscal Year 2018: ¥1,430,000 (Direct Cost: ¥1,100,000、Indirect Cost: ¥330,000); Fiscal Year 2017: ¥1,560,000 (Direct Cost: ¥1,200,000、Indirect Cost: ¥360,000)
• Keywords: 植物ホルモン / X線結晶構造解析 / 構造生物学

Outline of Annual Research Achievements

植物ホルモンを中心とする内生生理活性物質は、植物生産性に関する重要な形質を制御しており、二酸化炭素固定能の向上とそれに基づくバイオマス増産に大きく寄与する物質である。2つの植物ホルモン、ストリゴラクトンとジベレリンは、それぞれ植物の「枝分かれ」「成長肥大」という、農業バイオマスに寄与する極めて有用な形質を制御している。本研究では、この2つの形質に基づく技術開発を見据え、植物ホルモンクロストークの観点から、ストリゴラクトン、ベレリンの情報伝達系に関わる因子の生化学/構造生物学的解析を押し進める。さらに、植物ホルモン機能制御剤の結合モデルを決定し、それをベースに構造活性相関研究を展開する。得られた成果は、植物本来が持っている生長のための潜在能力を顕在化・活性化させるための知見・技術として利用できる。今年度は、以下のような成果が得られた。

ストリゴラクトンを支配する化合物制御の構造基盤解明に向けて、ストリゴラクトン受容体D14とストリゴラクトン機能制御リード化合物の複合体結晶化スクリーニングを実施し、複合体立体構造の決定に成功した。
また、ストリゴラクトン情報伝達機構の全容解明に向けて、D14とストリゴラクトン情報伝達抑制因子D53の複合体結晶構造解析を目指して実験を行った。昨年度までに調製に成功しているD53全長および報告されている機能ドメインを用いて、先に決定しているD14と制御剤複合体の結晶化条件をベースに結晶化スクリーニングを行い、得られた微小結晶を用いて回折測定を行った。まだ構造決定には至っていないが、現在良質な結晶を与える条件を探索中である。

本成果は、本研究分野の理解を大きく前進させたといえ、更なる発展に貢献することが強く期待できる。

Research Progress Status

翌年度、交付申請を辞退するため、記入しない。

Strategy for Future Research Activity

翌年度、交付申請を辞退するため、記入しない。

Research Products

• [Int'l Joint Research] King Abdullah University/of Science and Technology(サウジアラビア)
• [Int'l Joint Research] King Abdullah University/of Science and Technology(Saudi Arabia)
• [Journal Article] Triazole Ureas Covalently Bind to Strigolactone Receptor and Antagonize Strigolactone Responses (2019)
  • Author(s): Nakamura Hidemitsu、Hirabayashi Kei、Miyakawa Takuya、Kikuzato Ko、Hu Wenqian、Xu Yuqun、Jiang Kai、Takahashi Ikuo、Niiyama Ruri、Dohmae Naoshi、Tanokura Masaru、Asami Tadao
  • Journal Title: Molecular Plant Volume: 12 Issue: 1 Pages: 44-58
  • DOI: 10.1016/j.molp.2018.10.006
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Functions and Biosynthetic Systems of Iron-Sulfur Clusters (2018)
  • Author(s): HIRABAYASHI Kei
  • Journal Title: Nihon Kessho Gakkaishi Volume: 60 Issue: 4 Pages: 165-166
  • DOI: 10.5940/jcrsj.60.165
  • NAID: 130007472782
  • ISSN: 0369-4585, 1884-5576
  • Year and Date: 2018-08-31
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Rationally Designed Strigolactone Analogs as Antagonists of the D14 Receptor (2018)
  • Author(s): Takeuchi Jun、Jiang Kai、Hirabayashi Kei、Imamura Yusaku、Wu Yashan、Xu Yuqun、Miyakawa Takuya、Nakamura Hidemitsu、Tanokura Masaru、Asami Tadao
  • Journal Title: Plant and Cell Physiology Volume: 59 Issue: 8 Pages: 1545-1554
  • DOI: 10.1093/pcp/pcy087
  • NAID: 120006549589
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Structural basis for brassinosteroid response by BIL1/BZR1 (2018)
  • Author(s): Nosaki Shohei、Miyakawa Takuya、Xu Yuqun、Nakamura Akira、Hirabayashi Kei、Asami Tadao、Nakano Takeshi、Tanokura Masaru
  • Journal Title: Nature Plants Volume: 4 Issue: 10 Pages: 771-776
  • DOI: 10.1038/s41477-018-0255-1
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Mapping the key residues of SufB and SufD essential for biosynthesis of iron-sulfur clusters (2017)
  • Author(s): Yuda Eiki、Tanaka Naoyuki、Fujishiro Takashi、Yokoyama Nao、Hirabayashi Kei、Fukuyama Keiichi、Wada Kei、Takahashi Yasuhiro
  • Journal Title: Scientific Reports Volume: 7 Issue: 1 Pages: 9387-9387
  • DOI: 10.1038/s41598-017-09846-2
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Methyl phenlactonoates are efficient strigolactone analogs with simple structure (2017)
  • Author(s): Jamil M., Kountche A. B., Haider I., Guo X., Ntui O. V., Jia K., Ali S., Hameed S. U., Nakamura H., Lyu Y., Jiang K., Hirabayashi K., Tanokura M., Arold T. S., Asami T., Al-Babili S.
  • Journal Title: Journal of Experimental Botany Volume: erx438 Issue: 9 Pages: 2319-2331
  • DOI: 10.1093/jxb/erx438
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Development of Quasi-Microgravity Environment for Protein Crystallization (2017)
  • Author(s): 中村顕、平林佳、田之倉優
  • Journal Title: Nihon Kessho Gakkaishi Volume: 59 Issue: 4 Pages: 182-187
  • DOI: 10.5940/jcrsj.59.182
  • NAID: 130006032034
  • ISSN: 0369-4585, 1884-5576
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Presentation] Structural approach to the regulatory mechanism by novel covalent antagonists of strigolactone receptor (2019)
  • Author(s): Hirabayashi K., Nakamura H., Miyakawa T., Xu Y., Kikuzato K., Hu W., Jiang K., Asami T., Tanokura M.
  • Organizer: The 1st International Symposium on the Chemical Communication (ISCC2019)（ポスター発表）
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Chemical regulation of strigolactone responses in plants (2019)
  • Author(s): Nakamura H., Hirabayashi K., Kikuzato K., Hu W., Niiyama R., Sakai T., Xu Y., Jiang K., Takahashi I., Dohmae N., Miyakawa T., Tanokura M., Asami T.
  • Organizer: The 1st International Symposium on the Chemical Communication (ISCC2019)（ポスター発表）
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] ストリゴラクトン受容体アンタゴニストcarba-SLsの創出 (2018)
  • Author(s): 竹内純、姜凱、平林佳、今村優作、呉雅珊、徐玉群、宮川拓也、中村英光、田之倉優、浅見忠男
  • Organizer: 日本農薬学会第43回大会（口頭発表）
• [Presentation] ストリゴラクトン情報伝達系における新規制御剤作用機構の構造基盤 (2018)
  • Author(s): 平林佳、宮川拓也、徐玉群、中村英光、喜久里貢、胡文倩、姜凱、浅見忠男、田之倉優
  • Organizer: 第91回日本生化学会年会（口頭発表）
• [Presentation] 植物特異的なBZR転写因子ファミリーのDNA結合特異性の構造基盤 (2018)
  • Author(s): 野﨑 翔平、宮川拓也、徐玉群、中村顕、平林佳、浅見忠男、中野雄司、田之倉優
  • Organizer: 日本農芸化学会関東支部2018年度大会（口頭発表）
• [Presentation] ブラシノステロイド情報伝達におけるマスター転写因子BIL1/BZR1のDNA結合特異性の構造基盤 (2018)
  • Author(s): 野﨑 翔平、宮川拓也、徐玉群、中村顕、平林佳、浅見忠男、中野雄司、田之倉優
  • Organizer: 植物化学調節学会第53回大会（口頭発表）
• [Presentation] 生命活動に必須な金属補因子である鉄硫黄クラスターの組立における硫黄源の供給機構 (2018)
  • Author(s): 湯田瑛樹、平林佳、田中尚志、藤城貴史、横山奈央、福山恵一、湯井敏文、高橋康弘、和田啓
  • Organizer: 日本結晶学会平成30年度年会（口頭発表）
• [Presentation] ストリゴラクトン情報伝達系における新規制御剤作用機構の構造基盤 (2018)
  • Author(s): 平林佳、宮川拓也、徐玉群、中村英光、喜久里貢、胡文倩、姜凱、浅見忠男、田之倉優
  • Organizer: 第91回日本生化学会年会（ポスター発表）
• [Presentation] 超好熱性細菌の鉄硫黄クラスター生合成タンパク質群のX線結晶構造解析 (2018)
  • Author(s): 國近航平、藤城貴史、山川誠、平林佳、岩永朋子、福山恵一、和田啓、高橋康弘
  • Organizer: 第91回日本生化学会年会（ポスター発表）
• [Presentation] 植物ホルモン・ストリゴラクトン情報伝達系を制御する新規薬剤の開発と作用機構 (2018)
  • Author(s): 平林佳、宮川拓也、徐玉群、中村英光、喜久里貢、胡文倩、姜凱、浅見忠男、田之倉優
  • Organizer: 日本結晶学会平成30年度年会（ポスター発表）
• [Presentation] Novel Insights into Bacterial Iron-Sulfur Cluster Biosynthesis Systems (2018)
  • Author(s): Takahashi Y., Yokoyama N., Fujishiro T., Yuda E., Tanaka N., Hirabayashi K., Wada K.
  • Organizer: Iron-Sulfur Proteins―Biogenesis, Regulation and Function (39th Steenbock Symposium)（口頭発表）
  • Int'l Joint Research / Invited
• [Presentation] Structural and Functional Analyses of E. coli SufBCD complex (2018)
  • Author(s): Wada K., Yuda E., Hirabayashi K., Tanaka N., Fujishiro T., Yokoyama N., Fukuyama K., Takahashi Y.
  • Organizer: Iron-Sulfur Proteins―Biogenesis, Regulation and Function (39th Steenbock Symposium)（ポスター発表）
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Structural basis for the regulation by novel chemical compounds involved in strigolactone signaling (2018)
  • Author(s): Hirabayashi K., Miyakawa T., Xu Y., Nakamura H., Kikuzato K., Hu W., Jiang K., Asami T., Tanokura M.
  • Organizer: AsCA 2018/CRYSTAL 32（ポスター発表）
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Crystal structure of the substrate bound form of biliverdin reductase with unpredicted substrate-stacked geometry revealed unique reaction mechanism (2018)
  • Author(s): Takao H., Hirabayashi K., Harada J., Sato H., Fukuyama K., Sugishima M., Wada K.
  • Organizer: AsCA 2018/CRYSTAL 32（ポスター発表）
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] SufBCD複合体への変異導入解析から見えてきた鉄硫黄クラスターの生合成機構 (2017)
  • Author(s): 湯田瑛樹、田中尚志、藤城貴史、平林佳、福山恵一、和田啓、高橋康弘
  • Organizer: ConBio2017（2017年度 生命科学系学会合同年次大会）
• [Remarks] 植物の枝分かれをコントロールする新しい薬剤の開発
  • URL: https://www.a.u-tokyo.ac.jp/topics/2018/20181122-1.html
• [Remarks] 植物ホルモンのマスター転写因子BIL1/BZR1の特異的な立体構造を解明
  • URL: https://www.a.u-tokyo.ac.jp/topics/2018/20181002-1.html