2017 Fiscal Year Annual Research Report
| Project Area | Integrative system of autonomous environmental signal recognition and memorization for plant plasticity |
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| Project/Area Number |
15H05959
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| Research Institution | Institute of Physical and Chemical Research |
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Principal Investigator |
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)
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| Project Period (FY) |
2015-06-29 – 2020-03-31
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| Keywords | 植物 / 病害抵抗性 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
寄生植物は穀物を含むさまざまな作物に寄生し、収穫量を大幅に減らす。特にアフリカや地中海沿岸での農業への被害は深刻であるが、寄生植物がどのように寄生するのかを理解することは、こうした被害への対策を講じるうえで重要なステップと考えられる。寄生植物は吸器と呼ばれる侵入器官を形成し、この器官を介して宿主組織に侵入、維管束を連結することで宿主との連絡を確立し、この連絡を介して水や栄養を宿主から奪う。
吸器の発生に関わる遺伝子を探索するため、コシオガマをモデル寄生植物として確立し、吸器発生初期の遺伝子発現を網羅的に解析して、多数の発現変動遺伝子を同定した。ここで同定された遺伝子群の中に、植物ホルモンの一種であるオーキシンの関連遺伝子が多数見出されたことに着目し、オーキシン生合成の鍵酵素YUCをコードするYUC3遺伝子の解析を進めた結果、YUC3は吸器発生部位の表皮で特異的に発現が上昇し、それに伴い、内生のオーキシン量が上昇していることが分かっている。さらにYUC3のプロモーター領域に結合する転写因子として、ＷＲＫＹ型転写因子を酵母１ハイブリッド法で同定した。YUC3のプロモーター領域にＷＲＫＹ型転写因子の結合シス配列が複数見つかっている。コシオガマに吸器誘導を引き起こすキノンをかけると、ＷＲＫＹ型転写因子の発現が上昇することから、この因子がシグナル伝達に重要である可能性が示された。宿主側によるキノンの生成、寄生植物による認識およびシグナル伝達機構は未解明である。コシオガマを用いてRNAi法によって感染初期に発現誘導される寄生植物のキノンオキシドリダクターゼが重要であることを示した。このことはコシオガマでもキノンがシグナル伝達において重要であることを示している。さらに、宿主において吸器形成誘導能があるキノン類がリグニン由来のキノンモノマーであることを突き止めた。
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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
ストライガの同じハマウツボ科の寄生植物であるコシオガマの実験系を確立できた。また、ゲノム・トランスクリプトームの整備による遺伝子クローニングが容易になってきている。コシオガマの吸器で発現する遺伝子群の酵母１ハイブリッド法ライブラリーの構築および新規シグナル因子の同定と研究計画は順調に推移している。また、宿主由来の吸器形成誘導物質が細胞壁リグニン由来のキノンモノマーであることが示されたことで、育種等による宿主の細胞壁改変によって、寄生をコントロールできる可能性を見いだしたことも大きな成果といえる。このことから、研究は概ね順調に推移していると判断する。
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| Strategy for Future Research Activity |
吸器の形成に必要な遺伝子の同定と機能解析に関しては、レーザーマイクロダイセクション法によって単離された特異的遺伝子群の機能解析を継続して進める。必要に応じて、シングルセルトランスクリプトーム解析などをおこなって、その発現パターンから特異的な細胞群を同定し、どのようにして吸器が形成されるのかを発生生物学的、遺伝学的に解析する。吸器形成時に発現が上昇すると確認されたSBT遺伝子群に関しては系統解析をおこない、プロモーターをクローンする。YFP等の発現マーカーを使って、時空間的発現パターンを明らかにする。SBT遺伝子群が重要であると認識された場合は、SBTタンパク質を多田班と連携してin vitroで作成し、そのターゲットを探索する。
吸器を介したシグナル伝達機構の解明に関しては、ペプチド、植物ホルモン等の移動が寄生植物から宿主へ、あるいは宿主から寄生植物へ行われるかを検証する。必要に応じて、宿主の変異体を用いて感染実験を行い、宿主における寄生に重要な遺伝子を探索していく。特に、宿主植物のサイトカイニンのシグナル変異体および生合成変異体を用いて、宿主内でのサイトカイニンの役割を詳細に解析する。また、オーキシントランスポーターPIN1, PIN2, PIN3, PIN4, PIN9, LAX1, LAX2, LAX3, LAX5のＧＦＰ複合体を作成し、時空間的発現解析を行う。さらに、PINタンパク質については抗体を作成してinsitu解析から、オーキシン移動の極性を明らかにする。またオーキシンのトランスポーター阻害剤を用いてオーキシンの役割を解析する。
吸器を介した遺伝的情報の移動と記憶機構の解明に関しては、本研究室で開発したRNA-seq解析等から得られた情報を用いて、移動したmRNA等がないかどうかを検証し、もし発見された場合は、その機能を探索する。同時に角谷班と連携してエピゲノム的な変化があるかどうかをメチローム解析で検証する。
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