2019 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 | 間接誘導防衛 / 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 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
植物が根圏で放出するケミカルシグナルを受容した微生物は植物のために防御物質を生産する。こうした「間接誘導防衛」の機構を理解するため、糸状菌Penicillium simplicissimum AK-40株での殺虫活性物質オカラミン生産促進活性をもつダイズのケミカルシグナルについて研究を進めた。その結果、ケミカルシグナルは、P. simplicissimum AK-40株の生育を促進するものとオカラミン生合成を促進するものに分かれ、前者はカラムクロマトグラフィーで複数の画分に分散するのに対して、後者は1画分に集中すること、オカラミン生合成促進画分がHPLCで分離可能であることを明らかにした。また、PacBioシーケンサーを用いてパラヘルクアミド生産菌Penicillium sp. OK-188株のゲノム解読を実施し、殺線虫活性物質パラヘルクアミド生合成遺伝子クラスターが含まれているのを確認した。また、殺虫性物質コムネシン生産菌の遺伝子改変に向け、形質転換系の構築に着手した。
一方、糸状菌がつくる昆虫制御物質の作用機構について研究し、パラヘルクアミドが状的との相互作用の強さを支配する分子機構を解明した。また、昆虫のリガンド作動性イオンチャネルを異所発現させる技術を開発するとともに、昆虫脱皮ホルモンであるエクダイソンの生合成酵素Nopperaboを阻害する糸状菌代謝物の構造活性相関を解析した。
アロサミジンはキチナーゼ阻害活性をもつ放線菌産物である。アロサミジンが環境中で、菌叢、植物や昆虫の成育に対するアロサミジンの活性発現機構について検討した。その結果、キチンの存在の有無にかかわらず、アロサミジンが土壌中の放線菌数を増やすこと、シロイヌナズナの側根数を増加させること、キチナーゼ様タンパク質を、キチナーゼ活性を有するよう改変したタンパク質のキチナーゼ活性を阻害することを明らかにした。
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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
植物は昆虫や線虫からの攻撃を抑制するため、自身による防御機構に加えて微生物の力を借りる間接誘導防衛機構を用いる。とくに根圏では、自身が周囲に分泌するケミカルシグナルによって共生微生物に防御物質の生合成を指令すると想定された。この仮説を証明するため、①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とともに、②当該昆虫制御物質の生合成機構とケミカルシグナルによって誘導される生合成調節機構を解明する。また、③糸状菌や放線菌が生産する昆虫・線虫制御物質の標的を解明するとともに、④独自の評価系を用いて新たな昆虫・線虫制御活性をもつ微生物産物を見つけることで革新的な昆虫制御の手法を提案することを目的とした。研究①では、生産菌の増殖と昆虫活性物質の生産は別の因子により誘導されることがわかり、後者を単離する道を拓いた。②ではPenicillium simplicissimum AK-40株での殺虫性物質オカラミンの生合成経路を解明し、昆虫抑制性グルタミン酸受容体に対するオカラミン類の活性発現に要する必須構造因子を解明した。さらに、数種の昆虫リガンド作動性イオンチャネルの異所発現機構を確立するとともに、昆虫脱皮ホルモンであるエクダイソンの生合成酵素Nopperaboを阻害する天然物を見出した。また本酵素を阻害する物質としてデカリン骨格をもつ糸状菌産物を見出した。さらに、キチナーゼと類似の構造をもつがキチナーゼ活性をもたないキチナーゼ様タンパク質を構造改変によりキチナーゼ活性をもたせるように改変し、アロサミジン阻害活性を測定することに成功した。このように、共同研究者との綿密な連携をもとに、本研究はほぼ計画通りに進展した。
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| Strategy for Future Research Activity |
間接誘導防衛機構の重要課題の一つとして、Penicillium simplicissimum AK-40株での殺虫性物質オカラミンの生合成を促進するダイズ因子の構造解明に取り組む。すでに目的とシグナルが集中する画分を得ている。この画分を分取HPLCで分離し、オカラミン生合成促進活性をもつシグナル分子を単離し、その構造を解明する。さらに、本シグナルの全合成にも取り組む。一方、P. simplicissimum AK-40株のトランスクリプトーム解析の結果を精査することで、ダイズエキスに応答する生産調節機構を担う候補遺伝子を絞り込み、それらの遺伝子をノックアウトすることにより生産菌における役割を調べる。コムネシン生産菌の生合成遺伝子改変を行うことで、最も強力な生物活性を示すコムネンシン類縁体の選択的生産を試みる。こうして得られたコムネシン類縁体を用いて本化合物の標的を探る。本研究では、糸状菌のみならず植物根圏での放線菌の役割についても明らかにすることを一つの課題として設定している。その中で、土壌の放線菌数に影響を与えるアロサミジンの濃度等を詳細に調べ、土壌へのキチン添加の影響、アロサミジン生産菌を用いた場合についても検討する。また、植物の成長への影響を、アロサミジンの添加濃度、栽培に用いる培地および土壌での菌叢、植物の栽培期間等を変化させて詳細に調べる。さらに、キチナーゼ様タンパク質BRP39の改変タンパク質を用いて、アロサミジンのキチナーゼ様タンパク質に対する作用を検討し、菌や植物のキチナーゼ様タンパク質に対する作用についても研究する。
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Research Products
(10 results)
