Elucidating strigolactone signal transduction using fungal model system

• Project/Area Number: 20K20569
• Research Category: Grant-in-Aid for Challenging Research (Pioneering)
• Allocation Type: Multi-year Fund
• Review Section: Medium-sized Section 38:Agricultural chemistry and related fields
• Research Institution: Nagoya University
• Principal Investigator: 土屋 雄一朗 名古屋大学, トランスフォーマティブ生命分子研究所, 特任教授 (00442989)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 加藤 直樹 摂南大学, 農学部, 准教授 (90442946)
• Project Period (FY): 2020-07-30 – 2025-03-31
• Project Status: Granted (Fiscal Year 2023)
• Budget Amount: ¥26,000,000 (Direct Cost: ¥20,000,000、Indirect Cost: ¥6,000,000); Fiscal Year 2024: ¥3,900,000 (Direct Cost: ¥3,000,000、Indirect Cost: ¥900,000); Fiscal Year 2023: ¥3,900,000 (Direct Cost: ¥3,000,000、Indirect Cost: ¥900,000); Fiscal Year 2022: ¥5,200,000 (Direct Cost: ¥4,000,000、Indirect Cost: ¥1,200,000); Fiscal Year 2021: ¥5,200,000 (Direct Cost: ¥4,000,000、Indirect Cost: ¥1,200,000); Fiscal Year 2020: ¥7,800,000 (Direct Cost: ¥6,000,000、Indirect Cost: ¥1,800,000)
• Keywords: 糸状菌 / 植物ホルモン / ストリゴラクトン / 菌根菌 / シグナル伝達

Outline of Research at the Start

大地に根を張り、大気中に葉を展開する植物は、全ての生命を支えるエネルギー源を光合成によって創出するだけではなく、環境を感知し、その情報を根を通して地下のエコシステムへ環流させることによって地球の生態系を支えている。植物が根から土中に放出するストリゴラクトンは、植物ホルモン、菌根菌との共生、寄生植物の宿主認識という3つのプロセスに関わるシグナル分子であるが、進化的に大きく離れた植物と菌類が同一のシグナル分子を認識する機構については不明な点が多く残されている。本研究では、遺伝学解析が可能な菌類におけるモデル系を新たに探索し、突然変異株の分離を通してストリゴラクトンシグナル伝達機構の解明を目指す。

Outline of Annual Research Achievements

大地に根を張り、大気中に葉を展開する植物は、環境を感知し、その情報を根を通して地下のエコシステムへと環流させることによって地上と地下の生物圏を繋 ぐことで地球の生態系を支えている。植物が生産するストリゴラクトンは、植物ホルモン、共生、寄生という3つのプロセスに関わり、環境/植物/土壌微生物 の相互作用を橋渡しする多機能なシグナル分子であるが、植物と寄生植物、あるいは進化的に大きく離れた菌類が、いかにして同一のシグナル分子を認識する機 構を獲得したかについては不明な点が多く残されている。本研究では、遺伝解析が可能な菌類のモデル系を新たに探索し、得られた知見を菌根菌へと翻訳するこ とによって、これまで遺伝的コンポーネントが一つも同定されていない菌根菌におけるストリゴラクトンシグナル伝達機構の解明を目指す。今季はライブラリーに含まれる菌株の種同定を行い、GR24応答を起こした菌株の多様性を確認した。これまで発見した糸状菌に加え、新たに国内各地より単離した菌株も加えて再三伐を行い、安定して応答が見れる系統を発見した。この株を用い、栄養条件等の生育条件を検討し、特定のコンポーネントを欠如した培地にてより高い応答性が確認された。これらにつき、酵母で知られるシグナル伝達因子のホモログの同定も行い、糸状菌におけるノックアウト株の作成を行っている。また、異なる菌株を共培養実験による応答試験とGR24の作用の検討も行った。

Current Status of Research Progress

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

Reason

本研究は、未だ遺伝的コンポーネントが一つも見つかっていない菌根菌におけるストリゴラクトンシグナル伝達を、モデルとなる糸状菌を用いて解明を目指す極 めて挑戦的なものである。さらに、モデル菌株の探索から始める、文字通り一から研究領域を立ち上げるものでもあり、多くの困難が当初から想定されていた。 新たに単離した糸状菌でかなり安定した応答が見られたこと、また菌株の種を同定できたことより、ストリゴラクトン応答と自然界に存在する菌株の対応ができたこと、また遺伝学解析も着実に進展していることから、概ね順調に進展したと判断した。

Strategy for Future Research Activity

ストリゴラクトンは、植物がリン酸栄養の欠乏に瀕した際に救援シグナルとして土中に放出するシグナル分子であり、それを受け取るのは、植物のリン酸栄養の 吸収を助ける菌根菌であるといった構図が考えられてきたが、菌側のストリゴラクトン応答にも菌のリン酸応答が関わっている点は生物学的に興味深いと考えら れた。そこで、新たにえた菌かぶの遺伝学解析を進めるため、関連遺伝子のノックアウト株、トランスクリプトーム解析、レポーターラインの作成を行うとともに、菌類が生産するシグナル分子の同定に向けた研究も進める。

Research Products

• [Int'l Joint Research] トロント大学(カナダ)
• [Int'l Joint Research] University of Toronto(カナダ)