2018 Fiscal Year Annual Research Report
根寄生雑草被害低減を目指した化学・生物学基盤の構築と応用
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18H05266
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| Research Institution | The University of Tokyo |
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Principal Investigator |
浅見 忠男 東京大学, 大学院農学生命科学研究科(農学部), 教授 (90231901)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
永田 宏次 東京大学, 大学院農学生命科学研究科(農学部), 准教授 (30280788)
伊藤 晋作 東京農業大学, 生命科学部, 助教 (70608950)
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| Project Period (FY) |
2018-06-11 – 2023-03-31
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| Keywords | ストリゴラクトン / 自殺発芽 / 根寄生雑草 / エチレン / 生合成阻害剤 / エチレン受容体 / 受容体阻害剤 / プローブ化 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
ストリゴラクトン生合成阻害剤であるTIS108は宿主であるイネ、ソルガム、トマトの形態に影響を与えることなく、ストリゴラクトンの生合成を阻害できるために、根寄生雑草被害を低減できる可能性を有する化合物である。この理由についてイネを対照に追究を行った。これまでの研究でイネにおいてはストリゴラクトン生合成に関わるチトクロームP450には3つのホモログが存在していることが明らかになっている。３つのうち2つはカーラクトンからストリゴラクトンへの変換を触媒する酵素であるが、本研究においてTIS108によりこの変換が阻害されることを確認した。残り１つは、カーラクトンからカーラクトン酸メチルへの変換を触媒する酵素であり、このタンパク質がTIS108による阻害を受けないために、植物体内でストリゴラクトン活性を示すカーラクトン酸メチルが生成すると想定している。現在のまでに、TIS108は生合成中間体であるカーラクトンから生じるカーラクトン酸メチルの生成には影響しないことを明らかにしている。
ストリゴラクトン受容体阻害剤については、共結合を形成した状態でイネストリゴラクトン受容体と共結晶化することに成功した。
エチレンアゴニストとエチレン受容体の結合様式を明らかにすることを目的として共結晶化を進めている。本年度は膜受容体タンパク質ETR1の高発現化と精製条件の確立に成功した。一方で常温で個体のエチレンアゴニストの高活性化やエチレンアンタゴニストのリード化合物の創製に成功した。
ジベレリンは一般に発芽促進効果をもつが根寄生雑草には効果を示さない。またジベレリンは宿主のストリゴラクトン生合成を抑制できることから根寄生雑草被害の低減に有効であると考えている。そこで根寄生雑草制御にのみ有効であるジベレリンアゴニストの創製を追究した。
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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
TIS108についてポット試験を行うことにより、濃度依存的にイネへの根寄生雑草の寄生を抑制できることを明らかにできた。この場合70g/haで完全に抑制できたことから農薬としての使用が十分に可能な活性である。またTIS108が、ストリゴラクトン生合成系におけるチトクロームP450を効率よく阻害すること、そしてこの結果とTIS108のストリゴラクトン生合成抑制効果がよく符号していていることを確認した。一方TIS108がイネの形態変化を伴わない理由として、カーラクトン酸メチル生成に影響しないことを明らかにできた。酵素レベルでの追究が今後の課題である。以上、TIS108の圃場での有効性と選択性の理由について成果を得た。計画以上の成果を上げることができた。
ストリゴラクトン共有結合型受容体阻害剤KK1094を発見し、イネストリゴラクトン受容体と共結晶化することに成功した。また、KK1094は根寄生雑草受容体にも結合することを見出した。
エチレン受容体であるETR1のタンパク質の可溶化に成功した。この成果は今後のエチレンミミックとの相互作用や共結晶化のための重要な第一歩であり、今後の進展が期待できる成果である。一方で常温固体型エチレンミミックとしてシロイヌナズナの形態変化に効果的なZT8を、また根寄生雑草発芽促進に効果的なZT22を新たに見出すことができた。今後の重要体との相互作用解析にむけて重用な進展である。一年目の成果は計画どおりであった。
ジベレリンアゴニストであるAC94377が、３つ存在するシロイヌナズナ受容体中で選択性を示す理由を説明することができた。またこの選択性は一塩基の違いで生じることを明らかにできた。またジベレリンアゴニストであるD67について構造活性相関の追究を行い、活性に必要な官能基を明確にすることができた。想定どおりである。
以上、本年度は順調に推移した。
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| Strategy for Future Research Activity |
選択的なストリゴラクトン生合成阻害剤については、高活性を目指しTIS108をリード化合物とする構造活性相関を追究する。得られた高活性型化合物については、そのポット試験における効果のみならずその選択性の理由についても追究を行う。またTIS108については、ケニアにおけるフィールド試験を行う予定である。現在、ケニア側研究者との議論を経て、TIS108を送付済みである。この研究体制は今後の化合物試験に非常に重要な意味をもち、エチレンミミックやジベレリンアゴニストのフィールド試験における効果の確認を可能にする。
ストリゴラクトン受容体阻害剤についてはイネ受容体を対照とした構造活性相関を行ったが、今後は根寄生雑草の発芽阻害活性を指標とした、受容体阻害剤を探索しその作用機構についてもイネの場合と同様に詳細な解析を行う予定である。
エチレン受容体は二量体を形成することが知られている。今回の精製は単量体までの確認であるので、今後は二量体形成条件を探索することが化合物との実際の相互作用確認に重要となってくる。またエチレンアゴニストについては、その蛍光標識体化を行うことで、相互作用の確認を容易にすることができる。今後は構造活性相関を通じて、最も活性を保持した形式で蛍光標識をおこなうことができるよう検討を行う予定である。一方でエチレン受容体阻害剤の開発を行うことで、結晶化を容易にすると同時に、根寄生雑草の発芽阻害剤の発見を目指し研究を行う予定である。
ジベレリンアゴニストについては、手探り状態で構造活性相関研究をおこなっている。論理的に行うために、アゴニストと受容体の共結晶化を開始する。この成果を元にした新しい活性化合物の創製が可能になると期待している。
現状は計画通り順調に推移しているので、問題点はないと考えている。
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[Journal Article] Regulation of biosynthesis, perception, and functions of strigolactones for promoting arbuscular mycorrhizal symbiosis and managing root parasitic weeds2019
Author(s)
Yoneyama K, Xie X, Yoneyama K, Nomura T, Takahashi I, Asami T, Mori N, Akiyama K, Kusajima M, Nakashita H
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Journal Title
Pesticide Management Science
Volume: 75
Pages: 2353-2359
DOI
Peer Reviewed
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[Book] 新版 農薬の科学2019
Author(s)
宮川 恒、田村 廣人、浅見 忠男
Total Pages
224
Publisher
朝倉書店
ISBN
978-4-254-43123-0
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