2017 Fiscal Year Annual Research Report
微生物を介した植物の間接誘導防衛機構の解明にもとづく次世代昆虫制御物質の創出
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17H01472
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| Research Institution | Kindai University |
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Principal Investigator |
松田 一彦 近畿大学, 農学部, 教授 (00199796)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
丹羽 隆介 筑波大学, 生命環境系, 准教授 (60507945)
作田 庄平 帝京大学, 理工学部, 教授 (80192087)
加藤 直樹 国立研究開発法人理化学研究所, 環境資源科学研究センター, 研究員 (90442946)
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| Project Period (FY) |
2017-04-01 – 2021-03-31
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| Keywords | 植物ケミカルシグナル / 昆虫活性物質 / 糸状菌 / 放線菌 / 二次代謝 / 生合成 / 昆虫神経活性 / 昆虫変態活性 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究は、糸状菌や放線菌に昆虫選択的に作用する制御物質の生合成を促進する植物のケミカルシグナルを解明するとともに、当該微生物での昆虫活性物質の生合成の調節機構を解明する。また、昆虫高選択的に作用する微生物の二次代謝産物の未同定ターゲットを解明するとともに、植物ケミカルで誘導した微生物の二次代謝産物の中から新たな昆虫制御活性物質を見出すことを主な目的とした。
Penicillium simplicissimum AK-40株による殺虫活性物質オカラミンの生合成の系に焦点を絞り、最もオカラミン生合成促進シグナルを含有するダイズ品種を見出すとともに、本シグナル物質が極性溶媒に可溶で、濃度且つ時間依存的に本糸状菌によるオカラミン生合成を促進することを明らかにした。次に、P. simplicissimum AK-40株のオカラミン生合成遺伝子クラスターの遺伝子破壊によって、野生株では得られないオカラミン類を獲得するとともに、それらを用いてターゲットタンパク質・グルタミン作動性塩素チャネルの活性化作用に寄与するオカラミンの構造因子を解明した。
上記の研究と並行して、昆虫脱皮ホルモン・エクダイソンの生合成に関わるグルタチオンS-トランスフェラーゼの一種Nopperaboの阻害活性を指標に糸状菌の二次代謝産物を試験し、数種のデカリン骨格をもつ化合物が低濃度で本酵素を阻害することを発見した。また、糸状菌が作る昆虫制御物質の標的候補であるpH感受性塩素チャネルを対象に、選択的スプライシングによる多様化と塩素チャネルの開口を制御する構造因子を解明した。さらに、放線菌が生産するキチナーゼ阻害物質アロサミジンの植物の成長・分化に対する影響の有無を明らかにするため、キチン存在下で本物質をシロイヌナズナ幼苗に処理したところ、根の重量が増加した。このことから、本化合物が植物に直接作用す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
Penicillium simplicissimum AK-40株によるオカラミン生合成の全貌を解明し、生合成遺伝子の破壊により新規オカラミンを単離・構造決定した。そして、得られた新規オカラミン類を用いて、ターゲットであるグルタミン作動性塩素チャネルを活性化するために必須の役割を果たしている構造因子を解明することに成功した。また、P. simplicissimum AK-40株によるオカラミン生合成を促進する因子を含むダイズ品種を特定するとともに、そこに含まれるオカラミン生合成促進シグナルの性質を明らかにした。
昆虫脱皮ホルモン・エクダイソンの生合成酵素Nopperaboに対する糸状菌由来の二次代謝物質の阻害活性を測定し、デカリン骨格をもつ数種の化合物が、期待以上に高い阻害活性を持つことを発見するともに、微生物由来の昆虫制御物質のターゲット候補であるpH感受性塩素チャネルの多様化と塩素チャネルの開口を制御するアミノ酸を先駆けて明らかにした。さらに、放線菌が生合成するキチナーゼ阻害物質アロサミジンが植物に対して直接作用することも見出したことから、予想通りの成果に加えて予想外の発見も生まれたと評価される。
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| Strategy for Future Research Activity |
本研究課題の大目標の一つは、糸状菌による昆虫制御物質の生産を促進する植物ケミカルシグナルを解明することである。すでに、P. simplicissimum AK-40株でのオカラミン生産促進活性を評価するアッセイ系を確立するとともに、目的とするケミカルシグナルを多く含むダイズ品種をも解明した。今後は、まずこのアッセイ系を用いて当該ダイズ品種が分泌するオカラミン生産促進シグナル物質を解明し、本シグナル物質により誘導される転写因子を同定する。
2017年度の研究で糸状菌由来のデカリン骨格をもつ代謝物質がエクダイソン生合成酵素nopperaboを阻害することを発見した。今後は、本デカリン化合物の構造活性相関を解明し、構造活性相関と虫体レベルでの変態阻害活性が相関することを証明するとともに. simplicissimum AK-40株によるオカラミン生合成を促進するダイズのシグナル物質が当該デカリン化合物の生産をも促進するのか明らかにする。一方、放線菌でのアロサミジン生合成を促進する植物シグナル物質と、植物の根の重量を増加させるアロサミジンの作用機構についても究明する。
糸状菌が生産する化合物の中には未だターゲットが未解明のものがいくつかある。それらの解明を目指して、当該化合物をリガンドとするアフィニティービーズを作成し、モデル昆虫で本ビーズに特異的に結合するタンパク質を同定する。そして、本タンパク質をコードする遺伝子の破壊または変異によって昆虫が抵抗性を獲得することを示すことにより、当該昆虫制御物質のターゲットを解明する。
以上の研究の中で、ターゲット候補の昆虫タンパク質の機能的発現が困難な場面に遭遇するときがある。その際には、研究成果の波及効果を念頭に置いて、こうした研究技術上の問題解決にも挑戦する。
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