寄生植物ストライガにおけるストリゴラクトンシグナル伝達機構の分子進化に関する研究

2015 Fiscal Year Research-status Report

• Project/Area Number: 15K07102
• Research Institution: Nagoya University
• Principal Investigator: 土屋 雄一朗 名古屋大学, トランスフォーマティブ生命分子研究所, 特任准教授 (00442989)
• Project Period (FY): 2015-04-01 – 2018-03-31
• Keywords: 植物ホルモン / シグナル伝達 / ストリゴラクトン / 寄生植物 / ケミカルバイオロジー

Outline of Annual Research Achievements

ハマウツボ科の寄生植物であるストライガは、アフリカの穀物生産に深刻な被害を与える有害植物として知られている。植物ホルモンであるストリゴラクトン（SL）は、ストライガの発芽を刺激するホストファクターでもあることから、寄生能力の進化とストライガの防除の両方において鍵となる因子と考えられている。しかし、ストライガでは遺伝学解析が不可能であるため、そのシグナル伝達を解明する試みはこれまで一切なされていない。本研究では、独自に開発したシロイヌナズナをモデル系とする戦略でこの難題に取り組む。植物ホルモンの機能が、ホスト認識という寄生能力へと進化した分子遺伝的背景を解明すると同時に、ストライガの撲滅技術開発の礎になると期待できる。これまでの研究より、シロイヌナズナのSL受容体HTLが光受容体を含む光シグナル伝達因子と遺伝学的に相互作用することを明らかとした。今年度は、HTLと光シグナル伝達因子の生化学的相互作用解析の実験系の確立に取り組んだ。HTL受容体の生化学的特性を明らかとした。ストライガのホモログとの比較から、寄生植物特有に見られる受容特性の進化、リガンドの選択性の理解など、これまでまったく未知であったストライガのSL受容体の生化学的特性を解明する足がかりを得たと考えている。

Current Status of Research Progress

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

Reason

光受容因子の大腸菌によるタンパク質発現が困難を極めたが、融合タグを工夫することでこれに成功した。また、受容されることによって初めて蛍光を発する分子であるヨシムラクトンを使った新たな実験系を立ち上げたことを受け、これを利用して迅速に計画を達成できるよう若干の方向修正を試みている。総合的には、おおむね順調に進展していると考えている。

Strategy for Future Research Activity

組換えタンパク質を用いた生化学的実験から、HTLとヨシムラクトンとの結合は非常に弱いことが判明した。そこで、受容ポケットに突然変異を入れ、ヨシムラクトンと結合できるよう改変したタンパクを開発することで、in vitroでの結合を定量的に解析する実験系を立ち上げる。そのうえで、光シグナル因子がヨシムラクトンの結合にどのように影響を与えるかを解析する。

Research Products

• [Int'l Joint Research] Department of Cell and Systems Biology/University of Toronto(Canada)
  • Country Name: Canada
  • Counterpart Institution: Department of Cell and Systems Biology/University of Toronto
• [Journal Article] Probing strigolactone receptors in Striga hermonthica with fluorescence. (2015)
  • Author(s): Tsuchiya, Y., Yoshimura, M., Sato, Y., Kuwata, K., Toh, S., Holbrook-Smith, D., Zhang, H., McCourt, P., Itami, K., Kinoshita, T. and Hagihara, S.
  • Journal Title: Science Volume: 349 Pages: 864-869
  • DOI: 10.1126/science.aab3831
  • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Structure-function analysis identifies highly sensitive strigolactone receptors in Striga. (2015)
  • Author(s): Toh, S., Holbrook-Smith, D., Stogios, P.J., Onopriyenko, O., Lumba, S., Tsuchiya, Y., Savchenko, A., and McCourt, P.
  • Journal Title: Science Volume: 350 Pages: 203-207
  • DOI: 10.1126/science.aac9476
  • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
• [Presentation] Probing strigolactone receptors in Striga hermonthica with fluorescence. (2017)
  • Author(s): Tsuchiya, Y., Yoshimura, M., Sato, Y., Kuwata, K., Toh, S., Holbrook-Smith, D., Zhang, H., McCourt, P., Itami, K., Kinoshita, T. and Hagihara, S.
  • Organizer: 2nd Edition of the International Congress on Strigolactones
  • Place of Presentation: Trino, Italy
  • Year and Date: 2017-03-27 – 2017-03-31
  • Int'l Joint Research / Invited
• [Presentation] Probing strigolactone receptors in Striga hermonthica with fluorescence. (2016)
  • Author(s): Tsuchiya, Y., Yoshimura, M., Sato, Y., Kuwata, K., Toh, S., Holbrook-Smith, D., Zhang, H., McCourt, P., Itami, K., Kinoshita, T. and Hagihara, S.
  • Organizer: The International Plant Growth Substances Association Meeting
  • Place of Presentation: Toronto, Canada
  • Year and Date: 2016-06-21 – 2016-06-25
  • Int'l Joint Research / Invited
• [Remarks] アフリカの食糧問題に希望の光 ～ 寄生植物の発芽を制御するタンパク質を発見 ～
  • URL: http://www.itbm.nagoya-u.ac.jp/ja/research/2015/08/Yoshimulactone-Striga.php
• [Patent(Industrial Property Rights)] 蛍光プローブ、及びそれを用いたストライガ発芽調節物質のスクリーニング方法 (2015)
  • Inventor(s): 萩原伸也、土屋雄一朗、吉村柾彦、伊丹健一郎、木下俊則
  • Industrial Property Rights Holder: 国立大学法人名古屋大学
  • Industrial Property Rights Type: 特許
  • Industrial Property Number: 特願2015-132707
  • Filing Date: 2015-07-01
• [Patent(Industrial Property Rights)] ストライガ発芽調節剤 (2015)
  • Inventor(s): 土屋雄一朗、他
  • Industrial Property Rights Holder: 国立大学法人名古屋大学
  • Industrial Property Rights Type: 特許
  • Industrial Property Number: 特願2015-132413
  • Filing Date: 2015-07-01