ラン科植物の「菌寄生性共生」の成立には相利共生の共通共生経路の遺伝子群が必要か？

2015 Fiscal Year Research-status Report

• Project/Area Number: 15K14550
• Research Institution: Tottori University
• Principal Investigator: 上中 弘典 鳥取大学, 農学部, 准教授 (40397849)
• Project Period (FY): 2015-04-01 – 2018-03-31
• Keywords: 植物 / 菌類 / ゲノム / 進化 / 遺伝子

Outline of Annual Research Achievements

ラン科植物の菌根共生系は、一般的な相利共生の菌根共生系とは逆に、菌類から植物に炭素化合物が供給されるという菌寄生性の特徴をもつ。単子葉植物、双子葉植物問わず、相利の共生系の確立には共通の遺伝子群が必要であることが報告されているが、ラン科植物を含む菌寄生性の共生に関する分子レベルでの知見は全く無いのが現状である。本研究では、「ラン科植物の”菌寄生性共生”の成立には相利共生の共通共生経路の遺伝子群が必要か？」についての回答を得ることを最終目標とし、独自のラン科植物に関するこれまでの研究成果と共に、既存の相利共生の共通共生遺伝子群を活用した新しい観点からの研究を、様々な分野の研究者と共に展開する。
タルウマゴヤシとイネの優性抑制型POLLUX(DMI1)遺伝子を作成し、ミヤコグサの毛状根形質転換系を用いてこれら遺伝子を過剰発現させた毛状根に根粒菌を接種した結果、これら遺伝子の過剰発現により根粒共生が抑制される傾向が観察された。また、シランのプロトコーム様体(PLB)調製期間の短縮を目的に、実生の根からではなく、液体培養による種子から直接PLBを誘導することで、発芽後8週程度でPLBが大量に得られる実験系を構築した。さらに、RT-PCR法によりシランのCCaMKとPOLLUXの全長cDNAをクローニングし、CCaMKについてはミヤコグサのcccamk-3変異体の変異を相補できることを根粒共生の表現型を指標に明らかにした。

Current Status of Research Progress

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

Reason

平成２７年度に予定した研究の中で、「マメ科植物・イネの共通共生経路遺伝子を用いたラン科植物の”菌寄生性共生”系の解析」と「シランの共通共生経路遺伝子オーソログの機能解析」については、菌根共生関連の表現型解析以外については概ね実施し、結果が得られた。「シランの効率的な遺伝子組換え実験系の確立」については、予定していた方法とは異なるアプローチから大量のPLBを短期間で調整できる実験系を構築できたが、本実験系の構築に時間がかかり、アグロバクテリウムの菌株と感染のタイミングを検討するといった遺伝子組換え実験系の改良には着手できなかった。

Strategy for Future Research Activity

「シランの効率的な遺伝子組換え実験系の確立」が本研究全体の遂行に大きく関わるため、平成２８年度は本研究を重点的に実施する。既にシランに導入する予定の前述の遺伝子群については単離とミヤコグサへの遺伝子導入による根粒共生に関する表現型解析が概ね完了している。ただデータの反復や正確性に欠く部分があるため、平成２８年度はデータの信頼性を向上させると共に、まだ着手できていない菌根共生に関する表現型の解析を行う。

Causes of Carryover

平成２７年度にグロースチャンバーを購入予定であったが、他の予算で購入したグロースチャンバーを利用することができるようになったため、他に必要な備品は購入したが、次年度使用額が生じた。また、平成２８年度に「シランの効率的な遺伝子組換え実験系の確立」に関する研究を行う際に大規模に組織培養を行うため、技術補佐員の雇用が必要と予想されたため、次年度使用額として予算を残した。

Expenditure Plan for Carryover Budget

「シランの効率的な遺伝子組換え実験系の確立」に関する研究を行う際に大規模に組織培養を行うため、その研究を補助する技術補佐員の雇用のために使用する。

Research Products

• [Journal Article] Allantoin, a stress-related purine metabolite, can activate jasmonate signaling in a MYC2-regulated and abscisic acid-dependent manner (2016)
  • Author(s): Takagi, H., Ishiga, Y., Watanabe, S., Konishi, T., Egusa, M., Akiyoshi, N., Matsuura, T, Mori, I.C., Hirayama, T., Kaminaka, H., Shimada, H. and Sakamoto, A.
  • Journal Title: J. Exp. Bot. Volume: 67 Pages: 2519-2532
  • DOI: 10.1093/jxb/erw071
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Chitin nanofiber elucidates the elicitor activity of polymeric chitin in plants (2015)
  • Author(s): Egusa, M., Matsui, H., Urakami, T., Okuda, S., Ifuku, S., Nakagami, H. and Kaminaka, H.
  • Journal Title: Front. Plant Sci. Volume: 6 Pages: 1098
  • DOI: 10.3389/fpls.2015.01098
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Characterization of chitosan nanofiber sheets for antifungal application (2015)
  • Author(s): Egusa, M., Iwamoto, R., Izawa, H., Morimoto, M., Saimoto, H., Kaminaka, H. and Ifuku, S.
  • Journal Title: Int. J. Mol. Sci. Volume: 16 Pages: 26202-26210
  • DOI: 10.3390/ijms161125947
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Presentation] Involvement of auxin and gibberellic acid in the regulation of mycorrhizal symbiosis in Bletilla striata (Orchidaceae) (2016)
  • Author(s): Chihiro Miura, Tatsuki Yamamoto, Masahide Yamato, Katsushi Yamaguchi, Shotaro Nagata, Yuria Otani, Hisayo Asao, Miwako Matsumoto, Takahiro Yagame, Shuji Shigenobu, Hironori Kaminaka
  • Organizer: XVII International Congress of Molecular Plant-Microbe Interactions
  • Place of Presentation: Portland, Oregon, USA
  • Year and Date: 2016-07-17 – 2016-07-21
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Involvement of auxin and gibberellic acid in the regulation of mycorrhizal symbiosis in Bletilla striata (Orchidaceae) (2016)
  • Author(s): Chihiro Miura, Tatsuki Yamamoto, Masahide Yamato, Katsushi Yamaguchi, Shotaro Nagata, Yuria Otani, Hisayo Asao, Miwako Matsumoto, Takahiro Yagame, Shuji Shigenobu, Hironori Kaminaka
  • Organizer: 第57回日本植物生理学会年会
  • Place of Presentation: 岩手大学
  • Year and Date: 2016-03-18 – 2016-03-20
• [Presentation] ハマカキランのアルビノ個体を用いたトランスクリプトーム解析による菌従属栄養性に関与する遺伝子群の探索 (2015)
  • Author(s): 三浦千裕、末次健司、大和政秀、山口勝司、高橋和也、井田喜子、重信秀治、上中弘典
  • Organizer: 菌根研究会2015年度大会
  • Place of Presentation: とかちプラザ
  • Year and Date: 2015-10-31 – 2015-10-31
• [Presentation] ラン科植物シランの菌根共生における植物ホルモンの影響 (2015)
  • Author(s): 山本樹稀、古井佑樹、三浦千裕、谷亀高広、大和政秀、上中弘典
  • Organizer: 菌根研究会2015年度大会
  • Place of Presentation: とかちプラザ
  • Year and Date: 2015-10-31 – 2015-10-31
• [Presentation] ラン科植物シランの発芽後の初期成長における菌根共生の役割 (2015)
  • Author(s): 山本樹稀、三浦千裕、長田翔太郞、大谷ユリア、谷亀高広、大和政秀、上中弘典
  • Organizer: 第25回植物微生物研究会
  • Place of Presentation: つくば国際会議場
  • Year and Date: 2015-09-14 – 2015-09-16
• [Presentation] ハマカキランのアルビノ個体を用いたトランスクリプトーム解析による菌従属栄養性に関与する遺伝子群の探索 (2015)
  • Author(s): 三浦千裕、末次健司、大和政秀、山口勝司、高橋和也、井田喜子、重信秀治
  • Organizer: 第25回植物微生物研究会
  • Place of Presentation: つくば国際会議場
  • Year and Date: 2015-09-14 – 2015-09-16
• [Presentation] Synthetic long-read 法を用いた完全長トランスクリプトーム解析 (2015)
  • Author(s): 山口勝司、浅尾久世、松本美和子、秋田朝日、尾納隆大、上中弘典、大和政秀、重信秀治
  • Organizer: NGS現場の会第四回研究会
  • Place of Presentation: つくば国際会議場
  • Year and Date: 2015-07-01 – 2015-07-03
• [Patent(Industrial Property Rights)] ラン科植物の発芽と共生を促進する技術 (2015)
  • Inventor(s): 上中弘典、三浦千裕、山本樹稀、古井佑樹
  • Industrial Property Rights Holder: 上中弘典、三浦千裕、山本樹稀、古井佑樹
  • Industrial Property Rights Type: 特許
  • Industrial Property Number: 特願2015-196787
  • Filing Date: 2015-10-01