2017 Fiscal Year Research-status Report
Involvement of cytokinine and jasmonate in production of phytoalexins in rice
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16K07722
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| Research Institution | Teikyo University |
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Principal Investigator |
山根 久和 帝京大学, 理工学部, 教授 (80090520)
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2016-04-01 – 2019-03-31
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| Keywords | イネ / 病害抵抗性 / ジャスモン酸 / サイトカイニン / ファイトアレキシン / いもち病菌 / ゲノム編集 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
イネは、病原菌接種や塩化銅(II) 処理により二次シグナル物質として植物ホルモンであるジャスモン酸(JA)やサイトカイニン(CK)を生産し、ファイトアレキシンと総称される抗菌性二次代謝産物の生産を含む様々な防御応答を示す。本研究は、イネの病害抵抗性におけるCKとJAの生理機能とそれらの相互作用の解明を目的としている。昨年度は、JA欠損変異体(cpm2)のヘテロ接合体を用い、ゲノム編集によりCK欠損のipt3変異体(CPM2/CPM2-ipt3/ipt3)とJA・CK欠損のipt3/cpm2二重変異体(cpm2/cpm2-ipt3/ipt3) (T0世代) の作製に成功した。そこで、本年度は、両変異体において、形質転換のために用いた遺伝子カセットが脱落したT1あるいはT2世代の両変異体植物体を用い、それらについて、非親和性いもち病菌P91-15Bの接種後の感染状態を病斑観察と感染したP91-15BのDNA定量の二つの方法で比較した。その結果、野生型とcpm2についてはP91-15BのDNA量はほぼ同等の低いレベルであったが、ipt3では微弱な増加が見られ、ipt3/cpm2では顕著に増加した。また、ipt3/cpm2ではP91-15B接種では通常見られない白い病斑が多数観察され、抵抗性が部分的に崩壊していることが示唆された。
一方、本研究において、P91-15B接種や塩化銅(II) 処理したイネ葉身におけるジテルペン型ファイトアレキシンの蓄積量が、白色光下と比べ暗黒下で顕著に抑制されることがわかった。また、JA、あるいはCK処理によって誘導されるジテルペン型蓄積量の増加が、暗黒下では、顕著に抑制されることも示した。さらに、暗黒下で活性化し、ジテルペン型ファイトアレキシン生産に至るJAシグナル伝達系で負の制御因子として機能すると考えられるOsGTL2の同定も行った。
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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
「研究実績の概要」で述べたように、昨年度は、ゲノム編集によりT0世代のCK欠損のipt3変異体(CPM2/CPM2-ipt3/ipt3)とJA・CK欠損のipt3/cpm2二重変異体(cpm2/cpm2-ipt3/ipt3) (T0世代) の作製に成功したため、本年度は、T1、あるいはT2世代の両変異体に野生型とJA欠損のcpm2変異体を加えた4つの遺伝子型のイネ植物体を用いて、非親和性いもち病菌P91-15B接種に対する応答を比較検討した。その結果、野生型、cpm2、ipt3では過敏感細胞死による茶褐色の病斑が見られるのに対し、ipt3/cpm2二重変異体では白色の斑点が多数観察され、いもち病菌に対する抵抗性が大幅に低下していることが示された。また、ファイトアレキシン蓄積量や代表的な病害抵抗性関連遺伝子の発現解析をqRT-PCRで行ったところ、JA・CK二重欠損において、ファイトアレキシン蓄積量の部分的な低下、及び病害抵抗性を負に制御する転写因子の発現増強などが起こっていることが示された。こうして、JA・CK二重欠損体の作製に成功したことにより、JAとCKが協調的に機能していることがはじめて実証された。また、病害抵抗性の制御、特にJAやCKより下流のシグナル伝達系において光が関与することも示された。この現象は、いもち病菌のイネへの感染が夜間に起こりやすいことと密接に関連しているのかもしれない。
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| Strategy for Future Research Activity |
今後は、ipt3/cpm2において観察された白色病斑について、顕微鏡観察を含む詳細なcharacterizationを行うとともに、いもち病菌接種した4種の遺伝子型のイネ（野生型、cpm2、ipt3、ipt3/cpm2）について詳細なトランスクリプトーム解析を行い、発現レベルが病害抵抗性と相関する遺伝子や逆相関するWRKY76と同様の発現パターンを示す遺伝子を探索する。また、WRKY76の発現制御にJAやCKがどのように関与しているかについても解明を試みる。
ジテルペン型ファイトアレキシン生産の光制御に関与するOsGTL2については、タンパク質レベルでの発現解析や、OsGTL2過剰発現体、osgtl2変異体におけるジテルペン型ファイトアレキシン生産に及ぼす光の影響を解析する。
平成30年度は、本科学研究費の最終年度にあたるため、これまでに得られた研究成果を学術論文としてまとめ、国際学術誌において公表することを目指す。
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| Causes of Carryover |
今年度予定していたトランスクリプトーム解析を平成30年度に行うことになったため、その分の研究費を平成30年度に持ち越すこととした。
平成30年度の所要見込額は、平成29年度未使用額約590,000円と合せて約1,290,000円となる。トランスクリプトーム解析に600,000円、分子生物学試薬に200,000円、ガラス・プラスチック器具に200,000円、研究旅費に90,000円、研究成果の出版に200,000円を使用する計画である。
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