• Search Research Projects
  • Search Researchers
  • How to Use
  1. Back to previous page

根寄生雑草防除の鍵となるストリゴラクトン生合成酵素の解明

Research Project

Project/Area Number 23K23536
Project/Area Number (Other) 22H02269 (2022-2023)
Research Category

Grant-in-Aid for Scientific Research (B)

Allocation TypeMulti-year Fund (2024)
Single-year Grants (2022-2023)
Section一般
Review Section Basic Section 38040:Bioorganic chemistry-related
Research InstitutionUtsunomiya University

Principal Investigator

野村 崇人  宇都宮大学, バイオサイエンス教育研究センター, 准教授 (60373346)

Project Period (FY) 2022-04-01 – 2026-03-31
Project Status Granted (Fiscal Year 2024)
Budget Amount *help
¥17,160,000 (Direct Cost: ¥13,200,000、Indirect Cost: ¥3,960,000)
Fiscal Year 2025: ¥4,160,000 (Direct Cost: ¥3,200,000、Indirect Cost: ¥960,000)
Fiscal Year 2024: ¥4,160,000 (Direct Cost: ¥3,200,000、Indirect Cost: ¥960,000)
Fiscal Year 2023: ¥4,160,000 (Direct Cost: ¥3,200,000、Indirect Cost: ¥960,000)
Fiscal Year 2022: ¥4,680,000 (Direct Cost: ¥3,600,000、Indirect Cost: ¥1,080,000)
Keywordsストリゴラクトン / 生合成 / 根寄生雑草
Outline of Research at the Start

ストライガやオロバンキといった根寄生雑草が世界各地の農作物に甚大な被害を与えている。根寄生雑草の種子は植物の根から分泌されるストリゴラクトンと呼ばれる化合物を認識して発芽する。ストライガ耐性品種として育種により作出されたソルガムから、その耐性を付与した原因遺伝子LGS1が同定されている。本研究では、根寄生雑草の防除法の開発基盤となりうるLGS1酵素によるSL生合成経路を明らかにする。

Outline of Annual Research Achievements

ストライガ(Striga)やオロバンキ(Orobanche)といった根寄生植物は、他の植物の根に寄生して栄養や水分を奪うため、世界各地の農作物に甚大な被害を与えている。現在までに根寄生雑草の有効な防除法は確立されていない。根寄生雑草の種子は植物の根から分泌されるストリゴラクトン(SL)と呼ばれる化合物を認識して発芽する。SLはアーバスキュラー菌根菌との共生や植物の枝分かれも制御している。これまでに、ストライガ耐性品種として育種により作出されたソルガム(Sorghum bicolor)から、その耐性を付与した原因遺伝子LOW GERMINATION STIMULANT 1 (LGS1)が同定されている。LGS1遺伝子は立体特異的なSLの環化反応に関わる生合成酵素をコードしていると考えられるが、その機能は解明されていなかった。本研究では、根寄生雑草の防除法の開発基盤となりうるLGS1酵素によるSL生合成経路を明らかにすることを目的としている。
本年度は、ソルガムにおいてLGS1遺伝子と共発現している遺伝子を候補として選び、それにコードされる2-オキソグルタル酸依存性ジオキシゲナーゼSobic.005G213500 (Sb3500)の機能の解析を進めた。その結果、酵母や大腸菌を用いた発現系や、ベンサミアナタバコ(Nicotiana benthamiana)による一過的発現系により、Sb3500はLGS1と一緒に発現させたときに5DSを選択的に合成する機能をもつことを明らかにした。これらの研究成果について論文や学会で発表した。

Current Status of Research Progress
Current Status of Research Progress

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

Reason

これまでの研究において、大腸菌で発現させたLGS1タンパク質とSLの前駆物質の一つである18-hydroxycarlactonoic acid(18-OH-CLA)をインキュベートしたところ、ソルガムの主要なSLである5-deoxystrigol(5DS)の生産が確認された。しかし、同時にその立体異性体の4-deoxyorobanchol(4DO)も検出された(Yoda et al., New Phytol., 232: 1999-2010, 2021)。LGS1遺伝子は硫酸基転位酵素をコードしており、18-OH-CLAの水酸基に硫酸基が付加して脱離し、酵素非依存的にC環の環化が進んだと考えられた。4DOはソルガムからは検出されないので、5DSだけを生産する生合成経路にはもう一つ、C環の立体を決める酵素が必要であると考えられた。そして、ソルガムにおいてLGS1遺伝子と共発現している遺伝子を候補として選び、それにコードされる2-オキソグルタル酸依存性ジオキシゲナーゼSb3500の機能の解析を進めた。その結果、酵母や大腸菌を用いた発現系や、ベンサミアナタバコによる一過的発現系により、Sb3500はLGS1と一緒に発現させたときに5DSを選択的に合成する機能をもつことを明らかにした(Yoda et al., Plant Cell Physiol., 64: 1034-1045, 2023)。

Strategy for Future Research Activity

Sb3500がどのように5DSの立体特異的な生合成を制御しているのかは、酸化酵素であるという機能からは直接的な証明ができていない。そこで今後は、ソルガムのSL生合成経路の全貌を明らかにするため、ソルルガムが持つ機能未知のSL生合成酵素の機能解析を進める。その酵素はSb3500と一緒にSL生合成酵素の候補として選んだものの中の一つであり、SL前駆体を未知の代謝物へ変換する機能を持つことを確認している。他の植物種のホモログタンパク質の解析も進めて、その機能が保存されているのかを調べる。そのため、酵母や大腸菌を用いた発現系やベンサミアナタバコによる一過的発現系を用いて解析する。代謝物の分析はLC-MS/MSを用いて行う。もし、それらのタンパク質がSL生合成酵素として機能しているようであれば、ゲノム編集によりシロイヌナズナやトマトの機能欠失変異体の作出を進める。

Report

(2 results)
  • 2023 Annual Research Report
  • 2022 Annual Research Report
  • Research Products

    (24 results)

All 2024 2023 2022 Other

All Int'l Joint Research (6 results) Journal Article (8 results) (of which Int'l Joint Research: 5 results,  Peer Reviewed: 6 results,  Open Access: 6 results) Presentation (10 results) (of which Int'l Joint Research: 4 results)

  • [Int'l Joint Research] カリフォルニア大学リバーサード校(米国)

    • Related Report
      2023 Annual Research Report
  • [Int'l Joint Research] シドニー大学(オーストラリア)

    • Related Report
      2023 Annual Research Report
  • [Int'l Joint Research] カリフォルニア大学リバーサイド校(米国)

    • Related Report
      2022 Annual Research Report
  • [Int'l Joint Research] トゥールーズ大学(フランス)

    • Related Report
      2022 Annual Research Report
  • [Int'l Joint Research] KAUST(サウジアラビア)

    • Related Report
      2022 Annual Research Report
  • [Int'l Joint Research] リーズ大学(英国)

    • Related Report
      2022 Annual Research Report
  • [Journal Article] A Stereoselective Strigolactone Biosynthesis Catalyzed by a 2-Oxoglutarate-Dependent Dioxygenase in Sorghum2023

    • Author(s)
      Yoda Akiyoshi、Xie Xiaonan、Yoneyama Kaori、Miura Kenji、McErlean Christopher S P、Nomura Takahito
    • Journal Title

      Plant and Cell Physiology

      Volume: 64 Issue: 9 Pages: 1034-1045

    • DOI

      10.1093/pcp/pcad060

    • Related Report
      2023 Annual Research Report
    • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
  • [Journal Article] Identification of a Prunus MAX1 homolog as a unique strigol synthase2023

    • Author(s)
      Wu Sheng、Zhou Anqi、Hiugano Kozue、Yoda Akiyoshi、Xie Xiaonan、Yamane Kenji、Miura Kenji、Nomura Takahito、Li Yanran
    • Journal Title

      New Phytologist

      Volume: 239 Issue: 5 Pages: 1819-1833

    • DOI

      10.1111/nph.19052

    • Related Report
      2023 Annual Research Report
    • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
  • [Journal Article] ストリゴラクトン研究の新しい展開, はじめに2023

    • Author(s)
      野村崇人
    • Journal Title

      植物の生長調節

      Volume: 58 Pages: 78-79

    • Related Report
      2023 Annual Research Report
  • [Journal Article] 植物特化代謝物の生合成研究, 植物細胞を利用した有用タンパク質の高生産2023

    • Author(s)
      野村崇人
    • Journal Title

      アグリバイオ

      Volume: 7 Pages: 36-40

    • Related Report
      2023 Annual Research Report
  • [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

    • Related Report
      2022 Annual Research Report
    • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
  • [Journal Article] Supra-organismal regulation of strigolactone exudation and plant development in rice in response to rhizospheric cues2022

    • Author(s)
      Yoneyama K*, Xie X, Nomura T, Yoneyama K, Bennett T
    • Journal Title

      Curr. Biol

      Volume: 32 Issue: 16 Pages: 3601-3608

    • DOI

      10.1016/j.cub.2022.06.047

    • Related Report
      2022 Annual Research Report
    • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
  • [Journal Article] Production and stably maintenance of strigolactone by transient expression of biosynthetic enzymes in Nicotiana benthamiana2022

    • Author(s)
      Yata A., Nosaki S., Yoda A., Nomura T., Miura K.
    • Journal Title

      Frontiers in Plant Science

      Volume: 13 Pages: 1027004-1027004

    • DOI

      10.3389/fpls.2022.1027004

    • Related Report
      2022 Annual Research Report
    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Journal Article] Canonical strigolactones are not the major determinant of tillering but important rhizospheric signals in rice2022

    • Author(s)
      Ito Shinsaku、Braguy Justine、Wang Jian You、Yoda Akiyoshi、Fiorilli Valentina, Nomura Takahito、Asami Tadao、Al-Babili Salim
    • Journal Title

      Science Advances

      Volume: 8 Issue: 44

    • DOI

      10.1126/sciadv.add1278

    • Related Report
      2022 Annual Research Report
    • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
  • [Presentation] 根寄生植物Orobanche minorのストリゴラクトン生合成の解析2024

    • Author(s)
      川渕 真優、深沢 嘉紀、謝 肖男、瀬戸 義哉、野村 崇人
    • Organizer
      第65回日本植物生理学会
    • Related Report
      2023 Annual Research Report
  • [Presentation] 根寄生植物ヤセウツボのストリゴラクトン生合成酵素の解析2023

    • Author(s)
      川渕 真優、深沢 嘉紀、瀬戸 義哉、謝 肖男、野村 崇人
    • Organizer
      植物化学調節学会第57回大会
    • Related Report
      2023 Annual Research Report
  • [Presentation] テルペノイド系植物ホルモン生合成経路におけるシトクロムP450の機能解析に関する研究2023

    • Author(s)
      野村 崇人
    • Organizer
      植物化学調節学会第57回大会
    • Related Report
      2023 Annual Research Report
  • [Presentation] Strigolactone biosynthesis in Arabidopsis and bryophytes2023

    • Author(s)
      Kozue Hiugano, Xiaonan Xie, Masaki Shimamura, Takahito Nomura
    • Organizer
      第33回国際シロイヌナズナ研究会議
    • Related Report
      2023 Annual Research Report
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Steps catalyzed by unknown enzyme in brassinosteroid biosynthesis2023

    • Author(s)
      Rikuto Hamada, Akira Yata, Sae Sumiya, Toshiyuki Ohnishi, Kenji Miura, Takahito Nomura
    • Organizer
      第33回国際シロイヌナズナ研究会議
    • Related Report
      2023 Annual Research Report
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Strigolactone biosynthesis in mosses2023

    • Author(s)
      Kozue Hiugano, Xiaonan Xie, Masaki Shimamura, Takahito Nomura
    • Organizer
      第24回国際植物生長物質会議
    • Related Report
      2023 Annual Research Report
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Brassinosteroid biosynthetic pathway has yet to be fully elucidated2023

    • Author(s)
      Rikuto Hamada, Akira Yata, Sae Sumiya, Toshiyuki Ohnishi, Kenji Miura, Takahito Nomura
    • Organizer
      第24回国際植物生長物質会議
    • Related Report
      2023 Annual Research Report
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] コケ植物セン類のストリゴラクトン分析2022

    • Author(s)
      日向野 梢、謝 肖男、嶋村正樹、野村崇人
    • Organizer
      植物化学調節学会第57回大会
    • Related Report
      2022 Annual Research Report
  • [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
    • Related Report
      2022 Annual Research Report
  • [Presentation] マイクロトムのストリゴラクトン受容体遺伝子DWARF14欠損変異体の解析2022

    • Author(s)
      相場北斗、 櫻井雅己、角田奈央、長谷川翔子、杉本貢一、篠崎良仁、瀬戸義哉、野村崇人、江面 浩、梅原三貴久
    • Organizer
      植物化学調節学会第57回大会
    • Related Report
      2022 Annual Research Report

URL: 

Published: 2022-04-19   Modified: 2024-12-25  

Information User Guide FAQ News Terms of Use Attribution of KAKENHI

Powered by NII kakenhi