2018 Fiscal Year Annual Research Report
植物保護細菌の二次代謝制御シグナルの認識機構の解明
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18H02209
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| Research Institution | National Agriculture and Food Research Organization |
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Principal Investigator |
竹内 香純 国立研究開発法人農業・食品産業技術総合研究機構, 生物機能利用研究部門, 上級研究員 (40370663)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
諸星 知広 宇都宮大学, 工学部, 准教授 (90361360)
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| Project Period (FY) |
2018-04-01 – 2021-03-31
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| Keywords | 植物保護細菌 / 二次代謝制御 / シグナル物質 / 抗菌性物質 / 調節型small RNA |
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| Outline of Annual Research Achievements |
植物の根圏に生息するシュードモナス属細菌Pseudomonas protegensは、多様な抗菌性二次代謝産物を産生し周囲の病原微生物を駆逐することから植物保護細菌とよばれる。抗菌性物質の合成酵素遺伝子の発現は、調節型small RNAを中心とした二次代謝制御系により制御されているが、研究代表者らはこれまで、一連の制御系が常に稼動するのではなく、周辺環境に応じてオン・オフが切り替わることを明らかにした。オンに関わる亢進シグナル物質として一次代謝産物、二次代謝産物のいずれもが含まれていることが示唆されている。
本研究では調節型small RNAの発現を指標としてこれらのシグナル物質を明らかにするとともに、複数系統の比較ゲノム解析等によりシグナル認識に関わる分子を同定し、本細菌の包括的制御による植物保護能力の強化に資することを目的とする。
本年度は、活性を有することが見込まれる一次代謝産物を P. protegens に処理し、調節型small RNA（rsmZ）の発現をモニタリングした。rsmZの発現の強弱と抗菌性二次代謝産物の産生レベルは連動しており有効なマーカーとなることから、GFPレポーター遺伝子（rsmZ-gfp）をP. protegensに導入し発現レベルの比較を行った。その結果、亢進シグナルAの特定に成功した。
また、活性を有することが見込まれる二次代謝産物（亢進シグナルB）について、関連する合成酵素遺伝子の欠損変異株を作出し今後の解析に供することとした。当該二次代謝産物の産生に適した培養条件を検討するとともに、rsmZの発現レベルについて野生株との比較を行った。さらに、シグナル候補物質に対し反応性の異なる複数系統の植物保護細菌について、今後予定している比較ゲノム解析に必要な情報を得た。
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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
当初予定していた亢進シグナルAの特定に成功し、また亢進シグナルBの合成酵素遺伝子の欠損変異株についても順調に作出できたことから、計画どおりの進展がみられた。比較ゲノム解析については、次年度予定しているトランスクリプトーム解析を行う上で必要かつ有益なデータが得られており、こちらも順調に進展している。抗菌性二次代謝産物の定量については当該物質の検出ピークが一過的であるため条件検討に時間を要したが、培地成分等の改善により安定して検出できる条件を見出し解決した。またトランスクリプトーム解析の後に予定しているターゲット解析についても準備を進めており、着手可能な状態である。
なお当初の研究計画には含まれないが、抑制シグナルと考えられる物質も見出されており、今後の進捗状況によっては解析対象に含めることとし、植物保護細菌の機能解明に向けてさらなる拡充をはかる。
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| Strategy for Future Research Activity |
今後は、本年度に活性を有することを明らかにした亢進シグナルA(一次代謝産物）を用い、植物保護細菌とともに病害土壌に処理し、植物保護効果を評価する。また、その代謝経路に関する遺伝子の欠損変異株を作出し、当該物質の菌体内濃度と調節型small RNAの発現量、および二次代謝産物の合成酵素遺伝子の発現量の相関について明らかにする。
亢進シグナルBとして機能する二次代謝産物については、合成酵素遺伝子の欠損変異株を作出したことから、次年度は当該物質の制御下にある遺伝子群の変動を網羅的に明らかにすべく遺伝子発現解析を行う。シグナルBおよび他の関連する抗菌性二次代謝産物の定量については、今年度検討した培養条件に基づき抽出を行い、HPLCによる定量解析に供し、先述の遺伝子発現解析との相関を明らかにする。解析に際しては、得られる情報量が多くなることが予想されるため、分担者と密に連携をはかりながら適宜打合せを行い進めることとする。
さらに、これまでにシグナルBに対する反応性が異なる系統を得たことから、系統間の比較解析（比較ゲノム解析、比較トランスクリプトーム解析）を行い、差異を決定付ける因子を明らかにする。
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