2017 Fiscal Year Research-status Report
シロイヌナズナにおける新奇ストリゴラクトン生合成遺伝子の機能解析
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16K18560
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| Research Institution | Ehime University |
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Principal Investigator |
米山 香織 愛媛大学, 農学研究科, 助教 (20769997)
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| Project Period (FY) |
2016-04-01 – 2019-03-31
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| Keywords | ストリゴラクトン / LBO / MAX1 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
ストリゴラクトン（SL）は植物の生長生理に極めて重要な二次代謝産物であるが、SLの生合成経路の全貌は明らかになっていない。シロイヌナズナのSL生合成経路において、AtD27, MAX3, MAX4酵素の連続的な反応により、β-カロテンからSL生合成中間体であるcarlactone（CL）が生成されるという一部だ
けである。申請者はこれまでに、シトクロムP450をコードしているMAX1によって、CLからcarlactonoic acid（CLA）へ、2-オキソグルタル酸依存性ジオキシゲナーゼをコードしているLBO（LATERAL BRANCHING OXIDOREDUCTASE）によって、methyl carlactonoate（MeCLA）からhydroxy methyl carlactonoate (1’-HO-MeCLA)へと変換されることを明らかにしている。
今年度は、MAX1の機能が明らかとなっているシロイヌナズナおよびイネに加えて、トウモロコシ、トマト、樹木モデル植物であるポプラ、下等モデル植物であるシダのMAX1ホモログの機能解析について論文をまとめ、New Phytologistに掲載された。また、LBOに関しても、イネ、ソルガム、トウモロコシ、およびトマトのLBOホモログの機能解析を行い、供試した全てのLBOホモログは、MeCLAから1’-HO-MeCLAへと変換することを明らかにした。すなわち、LBOによるMeCLAから1’-HO-MeCLAへの変換は、植物種を超えて高く保存されていることが示唆された。
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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
MAX1ではCL以外の、LBOではMeCLA以外の基質候補を探索するため、シロイヌナズナのmax1およびlbo変異体の内生SLを精査した。その結果、max1では、3-HO-, 4-HO-, 16-HO-CLが、lboでは、4-HO-, 16-HO-MeCLAが蓄積していることが明らかとなった。これらHO-CLの代謝物であるHO-CLAがWTからは検出されるが、max1からは検出されないため、MAX1はCLからCLAへの変換だけでなく、HO-CLからHO-CLAへの変換にも関与していることが示唆された。一方、HO-MeCLAはMeCLAと同様に、LBOが基質として消化することを確認した。代謝物についてはLC-MSで解析中である。これらMAX1およびLBOの酵素機能については、現在投稿にむけて論文をとりまとめており、進捗状況は順調である。
今年度は、アグロバクテリウムを使ってNicothiana bentamianaの葉に一過的にLBOを過剰発現させ、その機能を調べることを予定していた。しかし、基質であるMeCLAの構造が不安定なせいか、大腸菌発現系で検出される代謝物だけでなく、SLと予想される代謝物はLC-MSによって検出できなかった。一方、MAX1では、酵母発現系と同様な代謝物も検出できたため、既述の投稿論文で結果を掲載した。
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| Strategy for Future Research Activity |
大腸菌発現系でLBO酵素を調製し、シロイヌナズナlbo変異体の精査によって、基質候補として同定された4-HO-および 16-HO-MeCLAをそれぞれ投与し、変換される代謝物をQ-TOF/MSやNMRで解析する。代謝物の分子量などがわかりしだい、LC-MS/MSのMRM法などにより、植物内生として存在するのか調べる。
また、18-HO-MeCLAは、シロイヌナズナの内生としては、検出されないが、LBOによって既知SLであるorobancholに類似した構造であるSL-LIKEを生成することを確認している。そこで、NMRなど各種機器分析を用いて、この新奇LBO代謝物SL-LIKEの構造決定を行う。同時に、シロイヌナズナだけでなく、エンドウやイネなどSLレベルの高いSLシグナル伝達欠損変異体の内生SLを精査し、SL-LIKEが内生として存在するのかを調べる。
更に、シロイヌナズナだけでなく、トマト、エンドウ、イネ、ソルガムおよびトウモロコシのLBOホモログの酵素機能についても広く検討する。なお、既に、これらLBOホモログの大腸菌発現系は構築している。また、エンドウは、フランスINRAとの共同研究によってmax1変異体を作成したため、エンドウmax1変異体の内生SLを精査する。エンドウのlbo変異体は現在同じフランスのグループが選抜しており、入手でき次第内生SLを精査する。
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| Causes of Carryover |
出張届け出の訂正により余剰の200円が繰り越しとなった。翌年度計画的に使用する。
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[Journal Article] Conversion of carlactone to carlactonoic acid is a conserved function of MAX1 homologs in strigolactone biosynthesis2018
Author(s)
Yoneyama K., Mori N., Stao T., Yoda A., Xie X., Okamoto M., Iwanaga M., Ohnishi T., Nishiwaki H., Asami T., Yokota T., Akiyama K., Yoneyama K., Nomura T
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Journal Title
New Phytlogist
Volume: 印刷中
Pages: 印刷中
DOI
Peer Reviewed
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