Studies on natural variation in defensive secondary metabolites for breeding of disease resistant cultivars

2019 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 16K07718
• Research Institution: Tottori University
• Principal Investigator: 石原 亨 鳥取大学, 農学部, 教授 (80281103)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 寺石 政義 京都大学, 農学研究科, 講師 (80378819)
• Project Period (FY): 2016-04-01 – 2020-03-31
• Keywords: rice / phytoalexin / natural variaton / sakuranetin / oryzalexin / chemotype / momilactone / phytocassane

Outline of Annual Research Achievements

本研究では、イネのファイトアレキシンの生合成に関する種内多様性を初めて明らかにすることができた。得られた成果は以下の通りである。
１．サクラネチンの蓄積に関する種内多様性を明らかにするとともに、その原因が前駆物質のナリンゲニンからサクラネチンへの変換を触媒する酵素NOMTをコードする遺伝子の発現とNOMTの触媒能の違いによることを明らかにした。さらに、サクラネチンは糸状菌に抗菌活性を示したの対し、ナリンゲニンはバクテリアに抗菌活性を示したことから、これらのファイトアレキシンの蓄積量に多様性が存在するのは、異なる病原菌への適応の結果と考えられた。
２．オリザレキシンAの蓄積に関して大きな種内多様性があることを明らかにした。さらに、その原因が生合成遺伝子KSL10の発現量の違いにあることを見出した。
３．モミラクトン類およびファイトカサン類の蓄積量にも種内多様性があることを明らかにした。さらにイネの近縁野生種であるOryza rufipogonにもこれらのファイトアレキシンの蓄積量に大きな変異があったことから、蓄積量の違いは、祖先野生種から受け継いだものであることが明らかになった。
４．新規のファイトアレキシン、モミラクトンGおよびファイトカサンGの化学構造を明らかにした。モミラクトンGは、ごく一部の系統にしか蓄積しないことがわかった。
これらの研究から、イネの二次代謝が関与する防御応答は品種ごとに大きくことなっており、多様性、すなわちケモタイプの存在を見出した。さらに、この多様性はそれぞれの品種がおかれた環境への適応を反映したものであることが示唆された。

Research Products

• [Int'l Joint Research] Boyce Thompson Institute(米国)
  • Country Name: U.S.A.
  • Counterpart Institution: Boyce Thompson Institute
• [Journal Article] Natural variation in the expression and catalytic activity of a naringenin 7-O-methyltransferase influences antifungal defenses in diverse rice cultivars (2020)
  • Author(s): Koichi Murata, Takashige Kitano, Riko Yoshimoto, Ryo Takata, Naoki Ube, Kotomi Ueno, Makoto Ueno, Yukinori Yabuta, Masayoshi Teraishi, Cynthia K. Holland, Georg Jander, Yutaka Okumoto, Naoki Mori, Atsushi Ishihara
  • Journal Title: The Plant Journal Volume: 101 Pages: 1103-1117
  • DOI: 10.1111/tpj.14577
  • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Atsushi Ishihara. Variation of diterpenoid phytoalexin oryzalexin A production in cultivated and wild rice (2019)
  • Author(s): Keisuke Kariya, Koichi Murata, Yu Kokubo, Naoki Ube, Kotomi Ueno, Yukinori Yabuta, Masayoshi Teraishi, Yutaka Okumoto, Naoki Mori, Atsushi Ishihara
  • Journal Title: Phytochemistry Volume: 166 Pages: -
  • DOI: 10.1016/j.phytochem.2019.112057
  • Peer Reviewed
• [Presentation] イネにおけるテルペノイド型ファイトアレキシン生産の種内多様性 (2020)
  • Author(s): 假谷 佳祐、宇部 尚樹、上野 琴巳、寺石 政義、奥本 裕、森 直樹、石原 亨
  • Organizer: 日本農芸化学会2020年度大会
• [Presentation] イネのインディカ亜種に特異的に蓄積するファイトアンティシピン (2020)
  • Author(s): 村田晃一、宇部尚樹、寺石政義、上野誠、上野琴巳、奥本裕、森直樹、石原亨
  • Organizer: 日本農薬学会第45回大会
• [Presentation] イネにおけるフラボノイド型ファイトアレキシン、サクラネチンの蓄積に関する種内多様性 (2019)
  • Author(s): 村田 晃一、高田 諒、宇部 尚樹、上野 琴巳、寺石 政義、奥本 裕、森 直樹、石原 亨
  • Organizer: 植物化学調節学会第54回大会
• [Presentation] イネにおけるテルペノイド型ファイトアレキシン生産の種内多様性 (2019)
  • Author(s): 假谷佳祐、宇部尚樹、上野琴巳、寺石政義、奥本裕、森直樹、石原亨
  • Organizer: 植物化学調節学会第54回大会
• [Presentation] Natural variation in the expression and catalytic activity of a naringenin 7-O-methyltransferase influence antifungal defenses in diverse rice cultivars (2019)
  • Author(s): Koichi Murata, Ryo Takata, Naoki Ube, Kotomi Ueno, Masayoshi Teraishi, Yutaka Okumoto, Naoki Mori, Atsushi Ishihara
  • Organizer: International Symposium on Agricultural, Food, Environmental and Life Sciences in Asia, 2019 (The 16th International Joint Symposium between Korea and Japan)