2020 Fiscal Year Research-status Report
Regulation of strigolactone biosynthesis in Arabidopsis
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19K05757
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| Research Institution | Ehime University |
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Principal Investigator |
米山 香織 愛媛大学, 農学研究科, 講師 (20769997)
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| Project Period (FY) |
2019-04-01 – 2022-03-31
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| Keywords | ストリゴラクトン / シロイヌナズナ / 養分欠乏 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
ストリゴラクトンは植物の根から分泌され、土壌根圏では、根寄生植物の寄生およびアーバスキュラー菌根菌の共生を制御するシグナル物質である。一方植物体内では、植物の地上部枝分かれを抑制する新奇植物ホルモンとして作用する。さらに、根の形態形成、二次成長、葉の老化促進など、植物の生長・分化に深く関与していることが次々と報告され、ストリゴラクトンを農業生産に利用する研究の重要性が高まっている。しかしストリゴラクトンは、化学的に不安定で壊れやすく、植物の生産・分泌量が微量であるため、その生合成経路、生合成・調節メカニズムの詳細については不明な点が多い。また植物ホルモンとしての活性本体も特定されていない。本研究では、モデル植物であるシロイヌナズナのストリゴラクトン生合成を促進する条件を見出し、シロイヌナズナにおけるストリゴラクトン生合成調節メカニズムの解明を目指すことを目的として行っている。
昨年度は、シロイヌナズナの野生型（Col-0）において、リン欠乏、窒素欠乏でストリゴラクトン生合成遺伝子の発現が促進され、地上部枝分かれが抑制される条件を確立することができた。今年度は、シロイヌナズナのストリゴラクトン生合成遺伝子として知られている、carotenoid isomeraseのAtD27、carotenoid cleavage dioxygenaseであるMAX3, MAX4、cytocromeP450のMAX1、2-oxoglutarate dependent dioxygenaseのLBOの発現量が、1日（8:00, 13:00, 18:00）のうちどのタイミングで高まるのかを調べた。また実際に内生ストリゴラクトンを定量することを試みた。
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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
原因不明なのであるが、Col-0をリン酸欠乏条件で培養しても、地上部バイオマスおよび地上部枝分かれの減少が起こらない状態（=リン酸欠乏状態ではない）が数ヶ月続いたため、既述の状態が再現良く確認することができる窒素欠乏条件でのみ研究を続けた。地上部枝分かれが60%程度低下する窒素欠乏条件下でCol-0を4週間培養後に、8:00（明条件開始から2時間後）、13:00、および18:00に、地上部基部と根をサンプリングし、ストリゴラクトン生合成遺伝子の発現量を調べた。興味深いことに、ストリゴラクトン骨格をもつ生合成の最も上流に位置するcarlactoneから、多様なストリゴラクトンの前駆体となるcarlactonoic acidへの変換に関与するMAX1の発現は、地上部基部および根の両方で、8:00に顕著に高くなっていた。
一方、ストリゴラクトン生合成の上流で作用するAtD27は、地上部基部ではMAX1同様に8:00発現量が高かったが、根では時系列間に差は認められなかった。その他の生合成遺伝子は、発現量に明確な変化は認められなかった。この結果を元に、窒素欠乏条件で培養したCol-0の地上部基部および根を8:00にサンプリングし、ストリゴラクトンの検出を試みたが、検出限界以下であった。一方、ストリゴラクトン受容欠損であるatd14変異体の地上部基部及び根からは、carlactoneとmethyl carlactonoateを検出することができた。
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| Strategy for Future Research Activity |
窒素欠乏条件下で培養したatd14変異体からシロイヌナズナが生産する主要なストリゴラクトンであるcarlactoneおよびmethyl carlactonoateを検出することができた。また、methyl carlactonoateは地上部基部よりも根で多く含まれていることも明らかにすることができた。次は、時系列変化に注意しながら、野生型であるCol-0からストリゴラクトン検出を試みる。
また、再現できなくなってしまったリン酸欠乏条件の試験確立も行う。さらに、他の植物ホルモン変異体からストリゴラクトンの検出を行う。
食害などが起こった場合、ストリゴラクトンの安定的な検出が不可能であることが経験的に明らかになった。アザミウマなどのシロイヌナズナの害虫発生が確認されたら、ナズナの栽培は即刻停止し、消毒などを行い、最小限の被害に抑えるようにする。
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| Causes of Carryover |
年度末、消耗品を購入予定であったが、金額が足りないことに気づいたので次年度に繰り越した。
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