植物の大繁栄を可能にしたストリゴラクトンの解明

• Project/Area Number: 21J14530
• Research Category: Grant-in-Aid for JSPS Fellows
• Allocation Type: Single-year Grants
• Section: 国内
• Review Section: Basic Section 44030:Plant molecular biology and physiology-related
• Research Institution: Tohoku University (2022); Tokyo University of Agriculture and Technology (2021)
• Principal Investigator: 依田 彬義 東北大学, 生命科学研究科, 特別研究員(PD)
• Project Period (FY): 2021-04-28 – 2023-03-31
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2022)
• Budget Amount: ¥1,500,000 (Direct Cost: ¥1,500,000); Fiscal Year 2022: ¥700,000 (Direct Cost: ¥700,000); Fiscal Year 2021: ¥800,000 (Direct Cost: ¥800,000)
• Keywords: ストリゴラクトン / 植物ホルモン / 生合成 / 栄養欠乏 / 進化

Outline of Research at the Start

ストリゴラクトン（SL）は植物の枝分かれを制御する植物ホルモンであり、根圏においてアーバスキュラー菌根菌（AM菌）の共生を誘導する。根に共生したAM菌はリンの吸収を助け、現生の陸上植物の約8割がAM菌と共生をしている。これまでに申請者は、AM菌と共生するゼニゴケ近縁種から新規SLであるBryosymbiol（BSB）を同定した。また、BSBはコケ植物やシダ植物、種子植物に広く分布しており、BSBが陸上植物の共通祖先が生産していた祖先型SLであることが示唆された。本研究ではBSBが陸上植物におけるSLオリジンであるかの検証をさらに進め、その機能を明らかにする。

Outline of Annual Research Achievements

これまでの研究において、フタバネゼニゴケ（Marchantia paleacea）から新規SL、Bryosymbiol（BSB）を同定し、種子植物と同様にリン欠乏によりBSBの生産量が増加することを明らかにした。種子植物ではリンによる制御に加え、窒素欠乏においてもSLの生合成が促進されることが知られている。窒素は植物において最も要求量の多い栄養素であり、窒素欠乏条件下におけるSLの生産はAM菌との共生において重要であると考えられるが、その起源と進化については知られていない。今年度の研究では、フタバネゼニゴケにおけるリン欠乏と窒素欠乏に応答したSLの生産制御を調査した。栄養欠乏処理時におけるSL生合成遺伝子（MpaD27、CCD7、CCD8A、CCD8B、MAX1）の発現量解析と、仮根滲出液の根寄生植物種子に対する発芽活性試験、仮根滲出液に含まれるBSBのLC-MS/MS分析を行なった。その結果、窒素欠乏処理によりSL生合成遺伝子の発現が誘導され、BSBの生産量が増加した。また、窒素とリンの同時欠乏処理ではSL生合成遺伝子の発現に対する相加的な影響はなく、その発現量は窒素状態に依存している傾向が見られた。これらの結果から、窒素欠乏に応答したSLの制御が陸上植物に広く保存されていることが明らかになった。

Research Progress Status

令和4年度が最終年度であるため、記入しない。

Strategy for Future Research Activity

令和4年度が最終年度であるため、記入しない。

Research Products

• [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
  • Journal Title: Nature Communications Volume: 13 Issue: 1 Pages: 3974-3974
  • DOI: 10.1038/s41467-022-31708-3
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Strigolactone biosynthesis catalyzed by cytochrome P450 and sulfotransferase in sorghum (2021)
  • Author(s): Yoda Akiyoshi、Mori Narumi、Akiyama Kohki、Kikuchi Mayu、Xie Xiaonan、Miura Kenji、Yoneyama Kaori、Sato‐Izawa Kanna、Yamaguchi Shinjiro、Yoneyama Koichi、Nelson David C.、Nomura Takahito
  • Journal Title: New Phytologist Volume: 232 Issue: 5 Pages: 1999-2010
  • DOI: 10.1111/nph.17737
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Presentation] 貧栄養条件におけるフタバネゼニゴケのストリゴラクトン生産制御 (2023)
  • Author(s): 依田彬義、児玉恭一、野村 崇人、経塚 淳子
  • Organizer: 第64回日本植物生理学会
• [Presentation] フタバネゼニゴケにおける窒素欠乏に応答したストリゴラクトン生合成の制御 (2022)
  • Author(s): 依田彬義、児玉恭一、野村 崇人、経塚 淳子
  • Organizer: 植物化学調節学会第57回大会
• [Presentation] 新規ストリゴラクトンbryosymbiolの生合成 (2021)
  • Author(s): 依田彬義、謝 肖男、児玉恭一、島崎翔太、秋山康紀、米山香織、嶋村正樹、経塚淳子、野村崇人
  • Organizer: 植物化学調節学会第56回大会
• [Presentation] Strigolactone biosynthesis catalyzed by LGS1 in sorghum (2021)
  • Author(s): Akiyoshi Yoda、Narumi Mori、Kohki Akiyama、Xiaonan Xie、Kaori Yoneyama、Koichi Yoneyama、David C. Nelson、Takahito Nomura
  • Organizer: 3rd International Congress on Strigolactones
  • Int'l Joint Research