Strigolactone biosynthesis and its regulation mechanism in plant
| Project/Area Number |
19KK0395
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| Research Category |
Fund for the Promotion of Joint International Research (Fostering Joint International Research (A))
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| Allocation Type | Multi-year Fund |
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| Review Section |
Basic Section 38010:Plant nutrition and soil science-related
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| Research Institution | Ehime University |
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Principal Investigator |
米山 香織 愛媛大学, 農学研究科, 准教授 (20769997)
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| Project Period (FY) |
2020 – 2023
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| Project Status |
Granted (Fiscal Year 2022)
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| Budget Amount *help |
¥13,910,000 (Direct Cost: ¥10,700,000、Indirect Cost: ¥3,210,000)
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| Keywords | ストリゴラクトン / 生合成経路 / ジオキシゲナーゼ / 地上部枝分かれ抑制 / シロイヌナズナ / CRISPR/Cas9 |
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| Outline of Research at the Start |
ストリゴラクトンは、植物の生長・分化を制御する、農業生産においても注目度が高い、極めて重要な二次代謝産物である。本研究では、多様なストリゴラクトンの機能のうち、地上部枝分かれ抑制活性に着目して、シロイヌナズナのストリゴラクトン生合成経路の全貌及び活性本体、更にその調節機構の解明を目指す。そのために、ストリゴラクトン生合成遺伝子LBO (LATERAL BRANCHING OXIDOREDUCTASE）のクレードに近接する4つの遺伝子にコードされているジオキシゲナーゼの酵素機能を明らかにする。
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| Outline of Annual Research Achievements |
ストリゴラクトンは、植物の生長・分化を制御する、農業生産においても注目度が高い、極めて重要な二次代謝産物である。本研究では、多様なストリゴラクトンの機能のうち、地上部枝分かれ抑制活性に着目して、シロイヌナズナのストリゴラクトン生合成経路の全貌及び活性本体、更にその調節機構の解明を目指す。申請者はこれまでに、シロイヌナズナの新奇ストリゴラクトン生合成関連遺伝子として単離した、2-オキソグルタル酸依存性ジオキシゲナーゼをコードしているLATERAL BRANCHING OXIDOREDUCTASE (LBO)の酵素機能を明らかにした。一方、シロイヌナズナの地上部枝分かれ抑制活性本体の生成には、LBO以外の酵素が関与している可能性が示唆された。海外共同研究者であるDavid Nelson准教授（米国・カリフォルニア大学リバーサイド校）によると、分子系統解析から、シロイヌナズナには、LBOに近接したクレードに機能未知の４つのジオキシゲナーゼが存在し、そのうち２つは、ストリゴラクトンの主要な生合成部位である根で強く発現している。そこで国内では大腸菌発現系を用いて新奇ジオキシゲナーゼの酵素機能を明らかにすることにした。
本年度は、2022年2月中旬から渡米し、Nelson研究室に11ヶ月間籍をおいて研究を行うことができた。CRISPER/Cas9を用いて、シロイヌナズナの二重、三重、四重変異体の作成、それぞれのシングル変異体を用いて交雑による二重変異体作成などを試みた。それらに加えて、新奇植物ホルモンの同定のためのバイオアッセイを確立し、さらに、RNAseqのドライ解析方法について学んだ。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
2022年2月中旬から2023年1月まで、University of California, Riverside校のDavid Nelson博士の研究室に客員研究員として滞在することができた。CRISPR/Cas9を用いたゲノム編集技術により、シロイヌナズナの新奇ストリゴラクトン生合成候補遺伝子のノックアウトライン作成を試み、SALKから取り寄せたシングル変異体を利用して、二重、三重、四重変異体を作成することができた。現在はこれら変異体の地上部枝分かれ表現型の詳細な調査を行なっている。また、4つある新奇ストリゴラクトン生合成候補タンパク質の大腸菌発現系の構築は完了させたが、その基質は不明であるため、それら変異体に蓄積する前駆体候補となるストリゴラクトンの単離・同定も行う必要がある。
一方、Nelson氏は、ストリゴラクトン受容体ホモログであるKAI2に関する研究に造詣が深い。しかしそのリガンドはまだ不明であることから、今回、KAI2リガンドが蓄積していると予想されるNelson氏のグループが作出したシロイヌナズ受容シグナル伝達変異体を用いて、KAI2リガンドの単離同定を試みることになった。新奇化合物の単離同定のためにはまず、簡便で感受性、特異性が高いバイオアッセイが必要となるが、そのアッセイ方法を確立することができた。現在はナズナ抽出物を分画し、どの画分に活性が認められるのかを確認している。さらに、米山がこれまで得られたRNA-seqデータのドライ解析方法を基礎から習うことができた。
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| Strategy for Future Research Activity |
今回CRISPR/Cas9を用いて作出したシロイヌナズ変異体には、地上部枝分かれ以外の表現型も予備試験で認められたため、再現性の確認を含め、詳細な解析を行う。また大腸菌発現系や無細胞翻訳系を用いた代謝実験により、代謝物の単離・同定も進める。今年度中に投稿論文としてまとめたい。
ストリゴラクトンの生合成・分泌調節メカニズムの解明につながる実験系において得られたRNA-seqデータのドライ解析を進め、投稿論文としてまとめる。基本的なバイオインフォマティクス技術も獲得することができたため、多様なストリゴラクトンの生合成の鍵であると示唆されているCYP722Cと、様々な植物種から同定した多様なストリゴラクトンの分布の相関性の解析を進める。さらには、KAI2のリガンド探索も行う。
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Report
(3 results)
Research Products
(17 results)
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[Journal Article] Ancestral sequence reconstruction of the CYP711 family reveals functional diverfence in strigolactone biosynthetic enzymes associated with gene duplication events in monocot grasses2022
Author(s)
Vinde MH, Cao D, Chesterfield RJ, Yoneyama K*, Gumulya Y, Thomson RES, Matila T, Ebert BE, Beveridge CA, Vickers CE, Gillam EMJ
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Journal Title
New Phytol
Volume: 235
Issue: 5
Pages: 1900-1912
DOI
Related Report
Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
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[Journal Article] An ancestral function of strigolactones as symbiotic rhizosphere signals.2022
Author(s)
Kodama K, Rich k, Yoda A, Shimazaki S, Xie X, Akiyama K.,Mizuno Y, Komatsu A., Luo Y, Suzuki H, Kameoka H, Libourel C, Keller J, Sakakibara K, Nishiyama T, Nakagawa T, Mashiguchi K, Uchida K, Yoneyama K, Tanaka Y, Yamaguchi S, Shimamura M , Delaux P, Nomu
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Journal Title
Nature Communications
Volume: 13
Issue: 1
Pages: 3974-3974
DOI
Related Report
Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
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