ストリゴラクトン骨格生合成酵素の同定と早期Ａ環水酸化経路の探索

• Project/Area Number: 17J05519
• Research Category: Grant-in-Aid for JSPS Fellows
• Allocation Type: Single-year Grants
• Section: 国内
• Research Field: Bioorganic chemistry
• Research Institution: Osaka Prefecture University
• Principal Investigator: 森 愛美 大阪府立大学, 生命環境科学研究科, 特別研究員(DC1)
• Project Period (FY): 2017-04-26 – 2020-03-31
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2019)
• Budget Amount: ¥2,500,000 (Direct Cost: ¥2,500,000); Fiscal Year 2019: ¥800,000 (Direct Cost: ¥800,000); Fiscal Year 2018: ¥800,000 (Direct Cost: ¥800,000); Fiscal Year 2017: ¥900,000 (Direct Cost: ¥900,000)
• Keywords: ストリゴラクトン / ミヤコグサ / 生合成 / strigolactone / biosynthesis / Lotus japonicus

Outline of Annual Research Achievements

ストリゴラクトンは植物の内生ホルモンであり、菌根菌・根寄生植物に対する根圏情報物質でもある。本研究はミヤコグサにおける典型ストリゴラクトンである5-デオキシストリゴールと非典型ストリゴラクトンであるロータスラクトンの生合成酵素を明らかにする目的で，候補酸化酵素遺伝子の探索と機能解析を行った。
ミヤコグサにおいて，リン酸過剰条件下でRNA-seqを行い，ストリゴラクトン生産減少下で発現が減少する遺伝子の探索を行った。その結果ミヤコグサの全シトクロムP450および全2-オキソグルタル酸依存性ジオキシゲナーゼの601個中，リン酸過剰条件下で発現が低下する遺伝子のうち発現変動の多い上位遺伝子49個についてさらに解析をすすめた。ミヤコグサ内在性レトロトランスポゾンを利用した遺伝子タギング集団から，候補遺伝子の欠損変異体を得てそのSL生産について調べた。その結果，5-デオキシストリゴールまたはロータスラクトンを生産していない遺伝子欠損株の存在を明らかした。この発見は，典型または非典型ストリゴラクトンを作り分ける生合成酵素の初めての発見である。ストリゴラクトン生合成経路の解明は，ストリゴラクトンを介した植物と菌根菌の共生機構の解明に大きく貢献するもので、将来AM菌を利用した循環型農業の発展への貢献が期待される。

Research Progress Status

令和元年度が最終年度であるため、記入しない。

Strategy for Future Research Activity

令和元年度が最終年度であるため、記入しない。

Research Products

• [Journal Article] Chemical identification of 18-hydroxycarlactonoic acid as an LjMAX1 product and in planta conversion of its methyl ester to canonical and non-canonical strigolactones in Lotus japonicus (2020)
  • Author(s): Mori Narumi、Sado Aika、Xie Xiaonan、Yoneyama Kaori、Asami Kei、Seto Yoshiya、Nomura Takahito、Yamaguchi Shinjiro、Yoneyama Koichi、Akiyama Kohki
  • Journal Title: Phytochemistry Volume: 174 Pages: 112349-112365
  • DOI: 10.1016/j.phytochem.2020.112349
  • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Identification of two oxygenase genes involved in the respective biosynthetic pathways of canonical and non-canonical strigolactones in Lotus japonicus. (2020)
  • Author(s): Mori N., Nomura T., Akiyama K.
  • Journal Title: Planta Volume: 251 Issue: 2 Pages: 40-40
  • DOI: 10.1007/s00425-019-03332-x
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Lotuslactone, a non-canonical strigolactone from Lotus japonicus (2019)
  • Author(s): Xie Xiaonan、Mori Narumi、Yoneyama Kaori、Nomura Takahito、Uchida Kenichi、Yoneyama Koichi、Akiyama Kohki
  • Journal Title: Phytochemistry Volume: 157 Pages: 200-205
  • DOI: 10.1016/j.phytochem.2018.10.034
  • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Conversion of carlactone to carlactonoic acid is a conserved function of MAX1 homologs in strigolactone biosynthesis. (2018)
  • Author(s): Yoneyama K, Mori N, Sato T, Yoda A, Xie X, Okamoto M, Iwanaga M, Ohnishi T, Nishiwaki H, Asami T, Yokota T, Akiyama K, Yoneyama K, Nomura T.
  • Journal Title: New Phytol. Volume: 218 Issue: 4 Pages: 1522-1533
  • DOI: 10.1111/nph.15055
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] 3-Hydroxycarlactone, a Novel Product of the Strigolactone Biosynthesis Core Pathway. (2018)
  • Author(s): Baz L, Mori N, Mi J, Jamil M, Kountche BA, Guo X, Balakrishna A, Jia KP, Vermathen M, Akiyama K, Al-Babili S.
  • Journal Title: Molecular Plant Volume: 11(10) Issue: 10 Pages: 1312-1314
  • DOI: 10.1016/j.molp.2018.06.008
  • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
• [Journal Article] A femtomolar-range suicide germination stimulant for the parasitic plant Striga hermonthica. (2018)
  • Author(s): Uraguchi, D., Kuwata, K., Hijikata, Y., Yamaguchi, R., Imaizumi, H., Am, S., Rakers, C., Mori, N., Akiyama, K., Irle, S., McCourt, P., Kinoshita, T., Ooi, T., and Tsuchiya, Y.
  • Journal Title: Science Volume: 362 Issue: 6420 Pages: 1301-1305
  • DOI: 10.1126/science.aau5445
  • NAID: 120006623828
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Presentation] ミヤコグサの5DSおよびlotuslactone生合成におけるMAX1下流経路の解析 (2019)
  • Author(s): 森 愛美、謝 肖男、米山 香織、野村 崇人、米山 弘一、秋山 康紀
  • Organizer: 日本農芸化学会2019年度大会
• [Presentation] 18-Hydroxycarlactonoic acid, which is the end product of the conversion of carlactone by Lotus japonicus MAX1, is an endogenous biosynthetic precursor for 5-deoxystrigol. (2019)
  • Author(s): N. Mori, K. Yoneyama, X. Xie, H. Nishiwaki, K. Yoneyama, T. Nomura, K. Akiyama.
  • Organizer: 23th The International Plant Growth Substances Association
• [Presentation] ソルガムにおける5-deoxystrigol生合成経路の解析 (2019)
  • Author(s): 依田彬義，森 愛美，謝 肖男，米山 香織，三浦謙治，山口信次郎，秋山 康紀，米山 弘一，野村 崇人
  • Organizer: 植物化学調節学会第54回大会
• [Presentation] ミヤコグサの5DSおよびlotuslactone生合成におけるMAX1下流遺伝子の同定 (2019)
  • Author(s): 森 愛美，謝 肖男，米山 香織，野村 崇人，米山 弘一，秋山 康紀
  • Organizer: 植物化学調節学会第54回大会
• [Presentation] イネにおける新規ストリゴラクトン生合成酵素の機能解析 (2019)
  • Author(s): 小林峻大，北岡直樹，森愛美，橋田丈徳，徳永治樹，経塚淳子，秋山康紀，増口潔，山口信次郎
  • Organizer: 植物化学調節学会第54回大会
• [Presentation] ミヤコグサの5DSおよびlotuslactone生合成におけるMAX1下流経路の解析 (2018)
  • Author(s): 森 愛美、謝 肖男、米山 香織、野村 崇人、米山 弘一、秋山 康紀
  • Organizer: 植物化学調節学会第53回大会
• [Presentation] ストリゴラクトン生合成に関与するソルガムLGS1酵素の機能解析 (2018)
  • Author(s): 依田 彬義、森 愛美、謝 肖男、米山 香織、秋山 康紀、米山 弘一、野村 崇人
  • Organizer: 植物化学調節学会第53回大会
• [Presentation] ミヤコグサ5DS生合成におけるMAX1下流経路の解析 (2018)
  • Author(s): 森 愛美、米山 香織、謝 肖男、野村 崇人、米山 弘一、秋山 康紀
  • Organizer: 日本農芸化学会2018年度大会
• [Presentation] ミヤコグサ5DS生合成におけるMAX1下流経路の解析 (2017)
  • Author(s): 森 愛美、米山 香織、謝 肖男、野村 崇人、米山 弘一、秋山 康紀
  • Organizer: 植物化学調節学会第52大会