2019 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), 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 / 根寄生雑草 / ジベレリン / エチレン / 自殺発芽 / 生合成阻害 / クロストーク / 植物ホルモン |
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| Outline of Annual Research Achievements |
SL生合成阻害技術の開発に加えて、SL受容体のリガンド認識機構・活性発現機構、そして植物ホルモン間クロストークによりSL機能を制御可能なジベレリンやエチレン両ホルモン受容体の認識機構を、新規リガンド開発と結晶構造学を中心に解明することで、Striga制御技術開発基盤の構築と展開を行うと同時に、併せて創製したジベレリンやエチレン制御剤のStriga制御への応用展開についても検討を行った。
Strigaの寄生を防ぐためのストリゴラクトン関連化合物として、１）Striga種子のSL受容体アゴニストを創製し宿主作物の存在しない状態で発芽させ寄生させずに枯死させる自殺発芽誘導剤、２）作物生産性に影響を与えない条件で宿主作物におけるSL生合成制御剤、３）Striga種子のSL受容体特異的阻害剤、を研究対象として農業への応用を目指した基盤構築と開発研究を行い、１）については前年度までに開発した化合物の圃場試験を行うことで、防除効果を確認した。２）についてはTIS108が作物に影響を与えない理由について、作用部位を追求することで解明した。３）については共有阻害剤NH1と受容体の共結晶を取得し、作用機構の解明と今後の化合物設計に関する指針を得た。
エチレンアゴニストKUT15はStriga発芽誘導活性有する。今回ポット試験を用いてそのストリゴラクトンミミックと比較した優位性を確認できた。この化合物の特徴は同じ自殺発芽誘導剤であるストリゴラクトンミミックと比較して圧倒的に安定でありかつ実際の利用に際しては障害となるコンディショニングを必要としないことである。
Strigaにおいてジベレリンは発芽促進しないとの報告であったが、精査によりジベレリンが発芽促進することを見出した。そこでStrigaにおけるジベレリン受容体のクローニングを行うことで、そのジベレリンへの親和性を調査中である。
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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
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 成を阻害できる化合物である。本年度はこの理由について追究を行い、イネのストリゴラクトン生合成に関わるチトクロームP450であ るMAX1の3つのホモログの活性を阻害すること、一方で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も明らかにした。これが形態に影響を与えない理由であると考えたが、これまで報告されているカーラクトン酸メチルの中間体であるカーラクトン酸量はTIS108処理により明瞭に減少している。この理由としてはメチルカーラクトン酸のカーラクトン酸を経由しない生合成経路がある可能性が想定された。またTIS108より活性の高い生合成阻害剤であるKK55の開発に成功し報告した。現在この化合物の作用部位についても追究中である。
エチレンアゴニストの開発については順調に推移しているが、エチレン受容体に関連した研究部分が遅れている。特にエチレン受容体の結晶化に関しては、ようやく単量体としての精製技術を確立できたことであり、この点は予定よりやや遅れているが、世界で誰も成功していない試みであり、進展したことは評価できる。また、エチレンアゴニストのプローブ化についても遅れている。またエチレン受容体阻害剤については、1MCPの誘導体化を行うことでプローブ化可能な化合物の合成をめざしているが、現在阻害剤を見出すことはできたもののその活性は低い状況である。
Strigaにおいてジベレリンは発芽促進しないとの報告であったが、精査によりジベレリンが発芽促進することを見出した。そこでStrigaにおけるジベレリン受容体のクローニングを行うことで、そのジベレリンへの親和性を調査中である。
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| Strategy for Future Research Activity |
ストリゴラクトン生合成阻害剤については、より高活性化を求めて構造活性相関研究を展開する必要がある。また生合成阻害剤はストリゴラクトンアゴニストと比較して圧倒的に安定であり、この利点を活用した処理方法を考案する必要がある。
エチレンアゴニストのプローブ化については、すでに高活性型エチレンアゴニストを取得しており、この構造活性相関を追究することで、プローブ化する部位を決定できると考えている。またエチレン受容体阻害剤については、1MCPの誘導体化を行うことでプローブ化可能な化合物の合成をめざしていたが、今後はこれまでの結果を活用し、これまでと異なる部位について構造変換を行う必要がある。エチレン受容体については本研究において、大腸菌で発現したAtETR1の全長（f）と一部（TM＋GAF、b）および酵母P. pastorisで発現したAtETR1の一部（TM＋GAF、b）は分子間ジスルフィド結合が形成されていないモノマーであることが示された。もし分子間ジスルフィド結合が形成されていなければ、P. pastoris発現系はAtETR1発現には適していないことになるので、S. cerevisiae発現系を導入する。
Strigaにおけるジベレリン受容体のクローニングを行うことで、そのジベレリンへの親和性を調査している。将来的にはStrigaジベレリン受容体に対して親和性の高いジベレリンアゴニストの開発を行うことで新しい戦略であるStrigaジベレリン受容体の活性化による自殺発芽の促進を達成できる。
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[Journal Article] Methylation at the C-3′ in D-Ring of Strigolactone Analogs Reduces Biological Activity in Root Parasitic Plants and Rice2019
Author(s)
Jamil M, Kountche BA, Haider I, Wang JY, Aldossary F, Zarban RA, Jia KP, Yonli D, Hameed UFS, Takahashi I, Ota T, Arold ST, Asami T, and Al-Babili S
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Journal Title
Fronties in Plant Sciences
Volume: 10
Pages: 353-
DOI
Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
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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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