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寄生植物の寄生器官誘導を司る新規タンパク質の機能解明

Research Project

Project/Area Number 21H02506
Research Category

Grant-in-Aid for Scientific Research (B)

Allocation TypeSingle-year Grants
Section一般
Review Section Basic Section 44030:Plant molecular biology and physiology-related
Research InstitutionNara Institute of Science and Technology

Principal Investigator

吉田 聡子  奈良先端科学技術大学院大学, 先端科学技術研究科, 教授 (20450421)

Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) 白須 賢  国立研究開発法人理化学研究所, 環境資源科学研究センター, グループディレクター (20425630)
Project Period (FY) 2021-04-01 – 2024-03-31
Project Status Granted (Fiscal Year 2023)
Budget Amount *help
¥17,550,000 (Direct Cost: ¥13,500,000、Indirect Cost: ¥4,050,000)
Fiscal Year 2023: ¥5,070,000 (Direct Cost: ¥3,900,000、Indirect Cost: ¥1,170,000)
Fiscal Year 2022: ¥5,070,000 (Direct Cost: ¥3,900,000、Indirect Cost: ¥1,170,000)
Fiscal Year 2021: ¥7,410,000 (Direct Cost: ¥5,700,000、Indirect Cost: ¥1,710,000)
Keywords寄生植物 / 遺伝学 / 吸器形成 / 植物免疫 / カルシウム / シグナル伝達
Outline of Research at the Start

ストライガなどの寄生植物は、穀物に寄生し甚大な農業被害をもたらすが、その寄生の分子機構はほとんど分かっていない。寄生植物は根にコブ状の「吸器」と呼ばれる寄生器官を形成し、宿主植物の組織に侵入する。吸器の形成は2,6-dimethoxy-p-benzoquinone(DMBQ)などの宿主由来の低分子化合物によって誘導される。私たちは、モデル寄生植物コシオガマから、DMBQ処理による吸器誘導が起こらない変異体lack of haustorium formation 1 (lhf1)を単離した。本研究では、LHF1遺伝子の機能解析により、寄生植物における吸器誘導シグナル伝達系を解明する。

Outline of Annual Research Achievements

本年度は、LHF1タンパク質のドメイン解析と下流因子の解析をおこなった。LHF1タンパク質は既知のC2ドメインとC末端の保存性の高い領域を持っており、これらのドメインに変異を入れ、lhf1変異体の表現型を相補するかどうかを確認することにより機能解析を行った。既知のC2ドメインに変異をいれると機能が失われることがわかったため、C2ドメインがLHF1の機能に重要であることが明らかとなった。また、C末端に蛍光タンパク質を付加させたLHF1は機能を相補できなかったため、C末端の重要性が示唆された。また、C末端の保存領域に変異をいれた場合にもLHF1の機能は失われた。
次に、LHF1下流遺伝子の機能解析をおこなった。RNAseq解析の結果から、特に発現変動が大きかった遺伝子に着目し、lhf1変異体における早い時間での発現パターンをqRT-PCRによって解析した。いくつかの遺伝子は、吸器誘導物質処理後15分以内に発現が上昇するが、lhf1変異体では、発現上昇がみられなくなったため、LHF1が吸器誘導初期に働いていることが明らかとなった。これらの遺伝子の発現抑制ラインの作成および恒常的発現ラインの作成を行なっている。いくつかの遺伝子ではドミナントネガティブ型の過剰発現により吸器誘導が抑制されることが確認され、下流のシグナル因子であると考えられる。
また、シロイヌナズナのLHF1ホモログについて、CRISPRによる変異導入ラインの作成を進めた。ゲノム編集コンストラクトを作成し、形質転換によりT1個体を作成した。しかし、変異が目的遺伝子に入っていなかったため、ベクターを変更して再度作成を試みている。

Current Status of Research Progress
Current Status of Research Progress

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

Reason

LHF1の重要ドメインを同定し、下流因子の候補が絞れてきた状態である。また、リン酸化サイトの役割も明らかになってきた。シロイヌナズナの変異体の作成を行なっているが、目的変異系統を得ることができなかったため、再作成中である。それ以外の点では当初の予定通り順調に進展しているため、概ね順調に進展していると判断した。

Strategy for Future Research Activity

LHF1下流タンパク質が同定できてきたが、直接の下流ターゲットであるかが不明であるため、相互作用の確認を行う。また、LHF1の生化学的な機能を大腸菌発現タンパク質を用いて検証する。シロイヌナズナ変異体系統の表現型解析により、LHF1の祖先的な機能の理解を進める。

Report

(2 results)
  • 2022 Annual Research Report
  • 2021 Annual Research Report
  • Research Products

    (23 results)

All 2023 2022 Other

All Int'l Joint Research (5 results) Journal Article (4 results) (of which Int'l Joint Research: 3 results,  Peer Reviewed: 4 results,  Open Access: 4 results) Presentation (13 results) (of which Int'l Joint Research: 7 results,  Invited: 3 results) Book (1 results)

  • [Int'l Joint Research] University of Amsterdam(オランダ)

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      Anna Kokla、Martina Leso、Xiang Zhang、Jan Simura、Phanu T. Serivichyaswat、Songkui Cui、Karin Ljung、Satoko Yoshida、Charles W. Melnyk
    • Journal Title

      Nature Communications

      Volume: 13(1) Issue: 1 Pages: 2976-2976

    • DOI

      10.1038/s41467-022-30550-x

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  • [Journal Article] Strigolactones are chemoattractants for host tropism in Orobanchaceae parasitic plants2022

    • Author(s)
      Satoshi Ogawa、Songkui Cui、Alexandra R. F. White、David C. Nelson、Satoko Yoshida、Ken Shirasu
    • Journal Title

      Nature Communications

      Volume: 13(1) Issue: 1 Pages: 4653-4653

    • DOI

      10.1038/s41467-022-32314-z

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  • [Journal Article] Cytokinins Induce Prehaustoria Coordinately with Quinone Signals in the Parasitic Plant <i>Striga hermonthica</i>2022

    • Author(s)
      Aoki Natsumi、Cui Songkui、Yoshida Satoko
    • Journal Title

      Plant and Cell Physiology

      Volume: 63 Issue: 10 Pages: 1446-1456

    • DOI

      10.1093/pcp/pcac130

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    • Author(s)
      Natsumi Aoki、Songkui Cui、Chiharu Ito、Kie Kumaishi、Shungo Kobori、Yasunori Ichihashi、Satoko Yoshida
    • Journal Title

      Frontiers in Plant Science

      Volume: 13 Pages: 1077996-1077996

    • DOI

      10.3389/fpls.2022.1077996

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    • Author(s)
      青木夏美,Songkui Cui,Satoko Yoshida
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      吉田 聡子
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      日本植物学会第86会大会
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      日本植物学会第86回大会
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    • Organizer
      日本植物学会第86回大会
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    • Author(s)
      Mafrikhul Muttaqin,Songkui Cui,Satoko Yoshida
    • Organizer
      IPSR International Web Forum on Plant Stress Science by Early-Career Scientists 2022
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  • [Presentation] Structural and signaling diversity of haustoria in Orobanchaceae parasitic plants2022

    • Author(s)
      Satoko Yoshida
    • Organizer
      16th World Congress on Parasitic Plants
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    • Int'l Joint Research / Invited
  • [Presentation] Lignification occurs after perceiving haustorium inducing factors to facilitate prehaustorium induction in Striga hermonthica2022

    • Author(s)
      Songkui Cui,Satoko Yoshida
    • Organizer
      16th World Congress on Parasitic Plants
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  • [Presentation] Signaling pathways for prehaustorium induction by quinones, phenolics and cytokinins in Striga hermonthica2022

    • Author(s)
      青木夏美,Songkui Cui,Satoko Yoshida
    • Organizer
      16th World Congress on Parasitic Plants
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  • [Presentation] Identification of a Prehaustoria Suppressor in the Root Parasitic Plant Phtheirospermum japonicum2022

    • Author(s)
      Lei Xiang,Songkui Cui,Shota Shimada,Simon B. Saucet,Ken Shirasu,Satoko Yoshida
    • Organizer
      16th World Congress on Parasitic Plants
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  • [Presentation] Transcriptome landscape in haustoria for host-regulated vascular connection2022

    • Author(s)
      Mengqi Cui,Momoko Yamaji,Kaori M. Furuta,Natsumi Masumoto,Kie Kumaishi,Yasunori Ichihashi,Dongbo Shi,Ayako Kawamura,Keiko Sugimoto,Satoko Yoshida
    • Organizer
      16th World Congress on Parasitic Plants
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    • Int'l Joint Research
  • [Book] 科学 植物にときめく「寄生して生きる術」2023

    • Author(s)
      吉田聡子
    • Total Pages
      376
    • Publisher
      岩波書店
    • Related Report
      2021 Annual Research Report

URL: 

Published: 2021-04-28   Modified: 2024-12-25  

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