2019 Fiscal Year Annual Research Report
Formulation of the basic grounds for agricultural production technology using plant-plant communication
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18H03952
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| Research Institution | Kyoto University |
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Principal Investigator |
高林 純示 京都大学, 生態学研究センター, 教授 (10197197)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
塩尻 かおり 龍谷大学, 農学部, 准教授 (10591208)
松井 健二 山口大学, 大学院創成科学研究科, 教授 (90199729)
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| Project Period (FY) |
2018-04-01 – 2022-03-31
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| Keywords | 植物間コミュニケーション / 配糖体 / 揮発性物質 / 持続的農業技術 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
「植物間コミュニケーション現象を利用した栽培管理による減農薬・無農薬農業は可能なのか」という問いに答えるため、以下２つの研究項目を基軸としている。
研究項目１ 揮発性アルコールを受容し配糖体化することによる昆虫に対する防衛機能の検討、研究項目２ 揮発性物質暴露による植物個体の成長及び被食防衛に及ぼす影響の検討。
研究項目１に於いては、トマト株では大気中の青葉アルコール（(Z)-3-hexenol）分子を体内に取り込み配糖体化し、防衛物質（(Z)-3-Hexenylvicianoside: HexVic））として利用する現象に注目して研究を実施した。配糖体の糖部分が異なる(Z)-3-Hexenyl glycoside (HexGly), hexenyl primeveroside(HexPri)および、eugenyl primeveroside(EugePri)の生理活性を解析している。EugiPriにおいて、HexVicと同様のハスモンヨトウ生育阻害が認められた。詳細な比較解析は継続実施中である。本年度は、上記計画に加えて、HexVicの生合成における２糖配糖体化酵素をトマトの様々な野生株を網羅的に検索することでUGT91R1を同定した。二糖配糖体化酵素において，Vicを生成する酵素はまだ報告されておらず二糖の構造多様性を広げている酵素と考えられた。
研究項目２に於いては、裁断した雑草由来の揮発性物質暴露による遺伝子発現の網羅的解析を実施した。本研究の開始前の予備実験で効果が確認されている切断したヨモギの葉由来の揮発性物質を苗期のイネに暴露し、その後網室で通常栽培を行った。６月初旬、７月中旬、８月初旬、８月下旬に分析用サンプル（各時期３反復）を採取し、RNA抽出を行った。アレー解析は１月に実施している。現在、結果について解析中である。
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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
研究項目１ 揮発性アルコールを受容し配糖体化することによる昆虫に対する防衛機能の検討：これまでに４種類の異なった構造の配糖体の機能を解析している。予定していた配糖体数を下回るが、興味深い成果を得ている。例えば、青葉アルコールの２糖配糖体である(Z)-3-Hexenylvicianoside (HexVic）は、ハスモンヨトウ一齢幼虫の生育を阻害するが、それから糖が一つ外れた(Z)-3-Hexenyl glycosideには阻害活性が無いことが確認された。また２糖配糖体化酵素、UGT91R1を同定した。二糖配糖化酵素において，Vicを生成する酵素はまだ報告されておらず２糖の構造多様性を広げている酵素と考えられた。
研究項目２ 揮発性物質暴露による植物個体の成長及び被食防衛に及ぼす影響の検討：ヨモギ等の雑草を裁断した匂いを苗期のイネに暴露することにより、イネの生育に様々な影響を与えることを明らかにした。また、グルタチオンの処理によってもイネの生育に良好な影響を及ぼすことも明らかにした。イネの匂い暴露に対する応答は、遺伝子の網羅的解析（マイクロアレー）での計測を行い、現在解析中である。
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| Strategy for Future Research Activity |
研究項目１では、配糖体化された揮発性物質の機能について、特に構造と活性との関係を引き続き解析を進めていく。また、新規に同定した２糖配糖体化酵素UGT91R1の詳細な生化学的解析も進める予定である。研究項目２においては、現在の研究を継続するとともに無施肥無農薬農業を実践している団体と協力して、雑草由来の匂いの効果についてさらに詳細に検討する予定である。また、どのように植物は暴露された匂いを感じているのか、についても研究を展開する。植物間コミュニケーションで葉上の毛の密度が変化する新規の事実に関しては、詳細な検討を進める。作物の防衛形質に対するミント由来の揮発性物質の影響を検討する。現在、新型コロナウイルスCOVID-19の感染問題があるため、今後、京都大学、山口大学、龍谷大学の３研究室は、３密を避けて研究を実施することとする。
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[Journal Article] Transcriptional regulators involved in responses to volatile organic compounds in plants.2019
Author(s)
Nagashima, A., Higaki, T., Koeduka, T., Ishigami, K., Hosokawa, S., Watanabe, H., Matsui, K., Hasezawa, S., Touhara, K.
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Journal Title
J. Biol. Chem.
Volume: 294
Pages: 2256-2266
DOI
Peer Reviewed
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