2018 Fiscal Year Research-status Report
病害抵抗性品種の開発を志向したイネの防御関連二次代謝における多様性の解明
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16K07718
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| Research Institution | Tottori University |
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Principal Investigator |
石原 亨 鳥取大学, 農学部, 教授 (80281103)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
寺石 政義 京都大学, 農学研究科, 講師 (80378819)
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| Project Period (FY) |
2016-04-01 – 2020-03-31
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| Keywords | イネ / ファイトアレキシン / オリザレキシン / サクラネチン / ケモタイプ / ナチュラルバリエーション |
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| Outline of Annual Research Achievements |
植物は病原菌の感染に応答して、抗菌活性を有する低分子化合物ファイトアレキシンを蓄積する。これまでに、世界のイネ・コアコレクションを用いた分析から、イネではファイトアレキシンの蓄積量に大きな種内多様性が存在することを見出した。本研究では、テルペノイド型ファイトアレキシンの一つであるオリザレキシンAとサクラネチンに着目し、これらのファイトアレキシンの蓄積量に大きな種内変異がある原因を特定することを目的とした。
染色体断片置換系統、および戻し交雑自殖系統を使用したマッピングの結果、12番染色体長腕上にオリザレキシンAの蓄積量に大きな影響を及ぼす領域が見出された。この領域にはent-sandaracopimara-8(14),15-diene synthaseをコードするKSL10が座上していた。KSL10は、オリザレキシン類の生合成に関与する酵素遺伝子である。そこで、日本晴とカサラースの幼苗に紫外線を照射しKSL10の発現量を調べた。日本晴では、紫外線照射によるKSL10転写産物の顕著な増加が見られたが、カサラースでは転写産物の蓄積は検出されなかった。以上の結果から、KSL10の発現の有無がオリザレキシンAの蓄積を決定していることが示唆された。
一方、サクラネチンを多く蓄積する品種では、NOMT活性が高く、NOMT遺伝子の発現量も大きいことがわかった。続いて、NOMT遺伝子を大腸菌で発現させ、組換えNOMTタンパク質を調製し、酵素活性を測定した。カサラース由来のNOMTは日本晴由来のNOMTと比較してkcatが約10分の1であった。これらの結果から、NOMT遺伝子の発現量とNOMTの酵素活性の両方がサクラネチンの蓄積に関する種内多様性に関わっていると推定された。
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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
本年度までに、サクラネチン、モミラクトンAおよびB、オリザレキシンAの5種類の化合物について、様々な品種での蓄積量を測定した。その結果、これらのファイトアレキシンの蓄積量には、大きな種内多様性があることを見出した。中でも、サクラネチンとオリザレキシンAについては、これらのファイトアレキシンをほとんど蓄積しない系統も存在した。この2種のファイトアレキシンについて。染色体断片置換系統や戻し交雑自殖系統を用いたマッピングからファイトアレキシンの蓄積量に多様性をもたらす遺伝子を絞り込んだ。さらに、この候補遺伝子の発現解析により原因遺伝子をそれぞれの生合成遺伝子であると特定を達成することができた。このようなイネなファイトアレキシンの蓄積に関する多様性はこれまでに植物では全く知られていなかった。
この発見をもとに、4回の学会発表を行うとともに、１編の論文を投稿することができた。さらに、もう１編の論文もほぼ完成しつつある。このような成果が達成できたため、研究は概ね順調に進展していると判断した。
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| Strategy for Future Research Activity |
本年度までの研究によって、イネのファイトアレキシンの蓄積に関するナチュラルバリエーションの存在と、その生化学的原因を明らかにすることができた。残された未解決の問題は、このような多様性が進化の観点からどのように生み出されたのかを明らかにすることである。これを明らかにするためには、世界のイネコアコレクションの様々な品種を用いて、原因遺伝子の配列を解析し、系統関係を明らかにする必要がある。エキソンの配列は互いによく似ているため、イントロンや5' UTRなどの配列を用いてアライメントを行い、系統樹を作成する。
もう一つの残された課題は、多様性が存在する生態学的意義である。これに迫る目的で、オリザレキシンとサクラネチンの抗菌スペクトラムを解析した上で、染色体断片値関係系統や戻し交雑自殖系統を用いて病原菌に対する抵抗性の違いを明らかにする計画である。
これらの実験によって、イネのファイトアレキシンのナチュラルバリエーションについて総合的に理解することが可能になると考える。
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