2021 Fiscal Year Research-status Report
Strigolactone biosynthesis and its regulation mechanism in plant
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19KK0395
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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, 准教授 (20769997)
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| Project Period (FY) |
2020 – 2022
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| Keywords | ストリゴラクトン |
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| Outline of Annual Research Achievements |
ストリゴラクトンは、植物の生長・分化を制御する、農業生産においても注目度が高い、極めて重要な二次代謝産物である。本研究では、多様なストリゴラクトンの機能のうち、地上部枝分かれ抑制活性に着目して、シロイヌナズナのストリゴラクトン生合成経路の全貌及び活性本体、更にその調節機構の解明を目指す。申請者はこれまでに、シロイヌナズナの新奇ストリゴラクトン生合成関連遺伝子として単離した、2-オキソグルタル酸依存性ジオキシゲナーゼをコードしているLATERAL BRANCHING OXIDOREDUCTASE (LBO)の酵素機能を明らかにした。一方、シロイヌナズナの地上部枝分かれ抑制活性本体の生成には、LBO以外の酵素が関与している可能性が示唆された。海外共同研究者であるDavid Nelson准教授（米国・カリフォルニア大学）によると、分子系統解析から、シロイヌナズナには、LBOに近接したクレードに機能未知の４つのジオキシゲナーゼが存在し、そのうち２つは、ストリゴラクトンの主要な生合成部位である根で強く発現している。そこで国内では大腸菌発現系を用いて新奇ジオキシゲナーゼの酵素機能を明らかにすることにした。
本年度は、養分欠乏や概日リズムがシロイヌナズナのストリゴラクトン生産に与える影響を精査した。共同研究者によって、CRISPR/Cas9を用いたゲノム編集技術により4つのLBOホモログのシロイヌナズナ変異体、さらにオオムギのlbo変異体が作出され、これらの地上部枝分かれ表現型調査及びストリゴラクトンの同定・定量を進めた。2月中旬からはUniversity of California, Riverside校のDavid Nelson博士の研究室で、これまで得られたRNA-seqデータの解析を行い、新規ストリゴラクトン生合成遺伝子の単離を進めている。
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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
養分欠乏のうち特に窒素欠乏が、また1日のうち朝（明条件開始3時間以内）がシロイヌナズナのストリゴラクトン生合成遺伝子の発現を顕著に促進し、地上部基部および地下部のcarlactoneおよびmethyl carlactonoate内生量を増加させた。この時、すでに同定されている他のストリゴラクトンは検出することができなかったため、現在、再検討を行っている。また、現在所有しているシロイヌナズナCol-0では、リン酸がない条件で栽培してもリン欠乏症状を有するナズナを作出することができず、リン酸欠乏条件下で培養した個体から採種を繰り返している。
共同研究者によって、CRISPR/Cas9を用いたゲノム編集技術により4つのLBOホモログのシロイヌナズナ変異体が作出された。現在は地上部枝分かれ表現型を詳細に検討している。また同様な方法で、オオムギlbo変異体が作出されたため、根から分泌される主要なストリゴラクトンを調べたところ、それらのストリゴラクトンの分泌は減少していなかった。すなわち、根から分泌されるオオムギのストリゴラクトン生成にはHvLBOは関与していないことが示唆された。
2月中旬からはUniversity of California, Riverside校のDavid Nelson博士の研究室に客員研究員として滞在している。CRISPR/Cas9を用いたゲノム編集技術によりシロイヌナズナの変異体を作出する予定であったがこれを変更し、これまでイネ、ダイズ、トウモロコシを用いたRNA-seq解析したデータを解析し、ストリゴラクトン生合成遺伝子から、その生合成分泌調節に関与するハブ遺伝子などの単離を行っている。
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| Strategy for Future Research Activity |
米国では、日本の1/2の値段で行うことができるRNA-seqを行い、新規ストリゴラクトン生合成遺伝子の単離を目指すことにした。同時に受容・シグナル伝達メカニズム解析も進める。また、多様なストリゴラクトンの生合成の鍵であると示唆されているCYP722Cと、様々な植物種から同定した多様なストリゴラクトンの分布の相関性を解析する予定である。さらには、ストリゴラクトン受容体ホモログであるKAI2のリガンド探索も行う。
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