Evolutionary dynamics of cis-trans factors on the regulation of plant gene cluster for diterpenoid momilactone.
| Project/Area Number |
20H02922
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| Research Category |
Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
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| Allocation Type | Single-year Grants |
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| Section | 一般 |
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| Review Section |
Basic Section 38040:Bioorganic chemistry-related
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| Research Institution | The University of Tokyo |
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Principal Investigator |
岡田 憲典 東京大学, 大学院農学生命科学研究科(農学部), 准教授 (20312241)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
澤崎 達也 愛媛大学, プロテオサイエンスセンター, 教授 (50314969)
宮本 皓司 帝京大学, 理工学部, 講師 (90721514)
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| Project Period (FY) |
2020-04-01 – 2024-03-31
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| Project Status |
Granted (Fiscal Year 2023)
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| Budget Amount *help |
¥17,680,000 (Direct Cost: ¥13,600,000、Indirect Cost: ¥4,080,000)
Fiscal Year 2023: ¥3,120,000 (Direct Cost: ¥2,400,000、Indirect Cost: ¥720,000)
Fiscal Year 2022: ¥3,900,000 (Direct Cost: ¥3,000,000、Indirect Cost: ¥900,000)
Fiscal Year 2021: ¥4,810,000 (Direct Cost: ¥3,700,000、Indirect Cost: ¥1,110,000)
Fiscal Year 2020: ¥5,850,000 (Direct Cost: ¥4,500,000、Indirect Cost: ¥1,350,000)
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| Keywords | モミラクトン / 生合成遺伝子遺伝子クラスター / アレロパシー / エピジェネティック制御 / ケミカルディフェンス / イネ / 生合成遺伝子クラスター / 転写制御 / 二次代謝産物 / 遺伝子クラスター / シス因子 / トランス因子 |
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| Outline of Research at the Start |
イネが生産する抗菌性物質モミラクトンの生合成遺伝子群は、ゲノム上で遺伝子クラスターを形成し、様々なストレスに応答して協調的に発現誘導を示す。最近、下等植物の蘚類ハイゴケでもモミラクトン生合成遺伝子がクラスターを構成することがわかった。本研究では、モミラクトン生産植物がどのように生合成遺伝子クラスターを構成し、その制御機構を発達させ利用してきたのかについて、進化過程に着目しつつその答えを探る。
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究課題では大きく以下の3つの項目①②③を進めている。①Oryza属クラスター領域内のピマラジエン合成酵素遺伝子OsKSL4の上流保存領域に存在する制御配列（シス因子）のゲノム編集株を用いた解析。②Oryza属に保存される関連転写因子(トランス因子) の機能解析。③ハイゴケのモミラクトン生合成制御機構の追究。各項目についての成果概要を以下に記す。
研究3年目の本年度は、主に②③の研究項目について成果を得た。
②：Oryza 属に保存される関連転写因子(トランス因子) の機能解析としては、昨年までにDPFの発現がジャスモン酸シグナル経路のマスター因子として働くMYC2依存的であることを明らかにしてしていたが、今年度はDPFによるモミラクトン生産誘導に影響を与えるトランス因子についてMYC2レギュロンの中から絞り込みを行いいくつかの抑制因子を特定した。
③：昨年度までにハイゴケモミラクトン生合成経路の最終ステップを担うモミラクトンＢ合成酵素遺伝子CpCYP761AA2（コンティグCL1699）の同定に成功したので、今年度はイネの当該遺伝子OsCYP76M14との比較から、その発現様式とモミラクトンB合成への寄与を制御の観点で調べ、ハイゴケのCYP761AA2が転写レベルで大きく誘導されることでモミラクトンBの高生産を可能としていることを明らかにした。また、本遺伝子がハイゴケの染色体上でモミラクトン遺伝子クラスターとは離れた位置に座乗する可能性をFISH法により示唆することができた。
①：Oryza属クラスター領域内のピマラジエン合成酵素遺伝子OsKSL4の上流保存領域に存在する制御配列（シス因子）を欠損したゲノム編集イネ系統の解析においては、葉身だけで無く、花芽・可食部のサンプリングを終了し、分析の準備が整った。
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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
③ではハイゴケのモミラクトンＢ合成酵素遺伝子CpCYP761AA2について、イネのオルソログであるOsCYP76M14との比較を酵素活性レベルと転写レベルで追究したところ、ハイゴケでは転写レベルでの発現誘導が、上流の遺伝子発現よりも劇的に大きくなることを突きとめた。このことからハイゴケでモミラクトンBが主要に生産されるのは、転写レベルでの制御によるところが大きいと予想された。また、染色体上でのCpCYP761AA2の位置についてFISH法をもちいて視覚的に確認することを試みたところ、モミラクトン遺伝子クラスターとは重ならない位置に蛍光シグナルを得たことから、イネと同様、モミラクトン生合成遺伝子クラスターとは異なる配置を持つことが示唆された。②では、モミラクトン生
産制御因子のDPF のモミラクトン生産誘導活性に着目し、その機能に影響を与えるトランス因子について、JAシグナル経路のマスター因子MYC2のレギュロンから探索した。その結果、DPFの活性を抑制する転写因子を特定することができた。
このように、①のシス因子の解析については次年度以降に持ち越されたものの、その他2つの研究計画においては、想定以外の新しいトランス因子の発見にも成功し、全体としては概ね順調に進展していると判断する。
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| Strategy for Future Research Activity |
最終年度となる来年度は、まず①について、OsKSL4プロモーター領域のゲノム編集株の花芽と可食部における化合物合成および遺伝子発現プロファイリングの詳細な解析を行う。また、プロトプラストでのレポーターアッセイの系を利用し、このゲノム編集プロモーターに対するトランス因子のエフェクター効果を明らかにする。②では、MYC2レギュロン中に、DPFによる下流モミラクトン生合成遺伝子に対する発現誘導の抑制因子を特定できたので、その作用メカニズムについてシス因子への結合とタンパク質間相互作用に注目しつつプロトプラストを用いた実験系で詳細な解析を進める。③については、ハイゴケのモミラクトンＢ合成酵素遺伝子とモミラクトンＡ遺伝子クラスターとの染色体上の位置関係について確定させると共に、これまでに得られた成果をまとめた論文作成を進める。さらに、モミラクトンB合成酵素遺伝子CpCYP761AA2のホモログが複数の蘚類で認められることから、ハイゴケ以外の蘚類についても、モミラクトン生産の有無を調べると共に、その誘導性についても追究する。
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Report
(3 results)
Research Products
(27 results)
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[Journal Article] Secreted Glycosyltransferase RsIA_GT of Rhizoctonia solani AG-1 IA Inhibits Defense Responses in Nicotiana benthamiana.2022
Author(s)
Zhang D, Wang Z, Yamamoto N, Wang M, Yi X, Li P, Lin R, Nasimi Z, Okada K, Mochida K, Noutoshi Y, Zheng A.
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Journal Title
Pathogens
Volume: 11(9)
Issue: 9
Pages: 1026-1026
DOI
Related Report
Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
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[Journal Article] Genome-wide Screening of Genes Associated with Momilactone B Sensitivity in the Fission Yeast2021
Author(s)
Keisuke Tomita, Yoko Yashiroda, Yasuhiro Matsuo, Jeff S Piotrowski, Sheena C Li, Reika Okamoto, Mami Yoshimura, Hiromi Kimura, Yumi Kawamura, Makoto Kawamukai, Charles Boone, Minoru Yoshida, Hideaki Nojiri, Kazunori Okada
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Journal Title
G3 (Bethesda)
Volume: 11
Issue: 8
DOI
Related Report
Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
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[Journal Article] Deciphering OPDA signaling components in the momilactone-producing moss Calohypnum plumiforme2021
Author(s)
Hideo Inagaki, Koji Miyamoto, Noriko Ando, Kohei Murakami, Koki Sugisawa, Shion Morita, Emi Yumoto, Miyu Teruya, Kenichi Uchida, Nobuki Kato, Takuya Kaji, Yousuke Takaoka, Yuko Hojo, Tomonori Shinya, Ivan Galis, Akira Nozawa, Tatsuya Sawasaki, Hideaki Nojiri, Minoru Ueda, Kazunori Okada
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Journal Title
Frontiers in Plant Science
Volume: -
Pages: 688565-688565
DOI
Related Report
Peer Reviewed / Open Access
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[Journal Article] Genomic evidence for convergent evolution of gene clusters for momilactone biosynthesis in land plants2020
Author(s)
Mao L, Kawaide H, Higuchi T, Chen M, Miyamoto K, Hirata Y, Kimura H, Miyazaki S, Teruya M, Fujiwara K, Tomita K, Yamane H, Hayashi K, Nojiri H, Jia L, Qiu J, Ye C, Timko MP, Fan L, and Okada K
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Journal Title
Proc Natl Acad Sci USA
Volume: Online ahead of print
Issue: 22
Pages: 12472-12480
DOI
Related Report
Peer Reviewed / Int'l Joint Research
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