根寄生雑草の宿主認識メカニズムの解明

2002 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 12460049
• Research Institution: UTSUNOMIYA UNIVERSITY
• Principal Investigator: 米山 弘一 宇都宮大学, 野生植物科学研究センター, 教授 (00114174)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 夏秋 知英 宇都宮大学, 農学部, 教授 (10134264) ; 小笠原 勝 宇都宮大学, 野生植物科学研究センター, 助教授 (40194419) ; 竹内 安智 宇都宮大学, 野生植物科学研究センター, 教授 (90008003) ; 佐々木 いづみ 小山工業高等専門学校, 物質工学科, 助手 (70270220) ; 横田 孝雄 帝京大学, 理工学部, 教授 (40011986)
• Keywords: 根寄生雑草 / 発芽刺激物質 / 吸器誘導物質 / 宿主認識メカニズム / 細胞壁分解酵素 / エチレン生合成 / 遺伝子解析 / LC / MS

Research Abstract

根寄生植物(雑草)の種子発芽刺激物質は主にLC1,MS/MSを用いた微量分析法により定性・定量分析を行った。その結果、ダイズ、シロイヌナズナなど数種の植物の生産する発芽刺激物質を確定し、特にアカクローバーの生産するオロバンコールについて、発芽後4週目までの週当たりの生産量を世界で初めて定量した。また、エンドウ、トマト、ソルガムについては新規発芽刺激物質を生産していることを明らかにし、LC/MS/MSおよびGC/MS分析に基づいて推定構造を提出した。一方、吸器誘導物質は、宿主の根と発芽した寄生雑草種子との相互作用により生成することを確認したが、構造解析には至らなかった。宿主への侵入時における微細構造変化については、インビトロ感染系を確立し、解析を進めている。その過程で、宿主への侵入時には、宿主の細胞間の接着が剥がされ、吸器は宿主の細胞を押し分けながら維管束系まで到達することが明らかとなった。宿主との相互作用に関与する寄生雑草側の遺伝子発現では、特に発芽への関与が未だに不明であるエチレン生合成に注目して研究を行った。その結果、同じ根寄生雑草のストライガでは、種子発芽の際に、エチレン生合成の鍵酵素であるACC synthase遺伝子の発現量が経時的に上昇するのに対して、オロバンキ(ヤセウツボ)では、ACC synthaseのN末側に複数のストップコドンが存在し、機能していない可能性が示唆された。このことはヤセウツボの発芽がエチレンで誘導されないという事実と良く対応している。細胞壁分解酵素の内、オロバンキではβ-グルコシダーゼが最も強い活性を示すが、細胞壁分解に直接関わるだけではなく、宿主の抵抗性反応を低下させている可能性も示唆された。
以上のように、本研究推進により、根寄生雑草の宿主認識メカニズムの解明に不可欠な、発芽、吸器形成、宿主への侵入における化学物質、酵素、遺伝子の関与がかなり明確になった。その結果として一方では多くの未解決の研究課題が残っており、今後、更に研究を深化・発展させる予定である。

Research Products

• [Publications] D.Sato et al.: "Analysis of strigolactones, germination stimulants for Striga and. Orobanche, by high-performance liquid chromatography/tandem mass spectrometry"Journal of Agricultural and Food Chemistry. 51(6). 1162-1168 (2003)
• [Publications] 米山 弘一(分担執筆): "次世代の農薬開発-ニューナノテクノロジーによる探索と創製-"日本農薬学会編・ソフトサイエンス社. 316 (2003)