Evolutionary dynamics of cis-trans factors on the regulation of plant gene cluster for diterpenoid momilactone.

2023 Fiscal Year Final Research Report

• Project/Area Number: 20H02922
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
• Allocation Type: Single-year Grants
• Section: 一般
• Review Section: Basic Section 38040:Bioorganic chemistry-related
• Research Institution: The University of Tokyo
• Principal Investigator: Okada Kazunori 東京大学, 大学院農学生命科学研究科(農学部), 准教授 (20312241)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 澤崎 達也 愛媛大学, プロテオサイエンスセンター, 教授 (50314969) ; 宮本 皓司 帝京大学, 理工学部, 講師 (90721514)
• Project Period (FY): 2020-04-01 – 2024-03-31
• Keywords: イネ / ファイトアレキシン / 遺伝子クラスター / 転写制御

Outline of Final Research Achievements

Genomic comparison and transcriptome analysis of cultivated and wild rice plants showed that the DPF transcription factor and the N-box cis-element are evolutionarily conserved transcriptional regulatory systems that play a central role in regulating the production of diterpene-type phytoalexins (DP) such as momilactone, an antibacterial substance that contributes to disease resistance in rice. Besides, we identified the Momilactone B synthase gene in bryophyte Calohypunum plumiforme and detected how it exists on chromosomes and apart from the Momilactone A biosynthesis gene cluster in the moss. The results here provide important information on the evolutionary trajectory of the cis-trans regulatory system in the regulation of DP biosynthetic gene clusters in rice, and are important for comparison with the regulatory mechanism in the bryophyte mosses.

Free Research Field

植物分子生物学

Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements

植物に競争力を与えるモミラクトンは重要作物の栽培イネのみならず、野生イネやイヌビエ、蘚類ハイゴケなど進化的に離れた植物種でも遺伝子クラスターと共に維持されている。本研究では、その制御機構の一端を明らかにした。得られた成果は、この遺伝子クラスターのcis-trans転写制御機構が、野生イネから栽培イネまでの進化過程で保存されたシステムあり、イネ以外の作物などにおけるモミラクトンの生物活性の利用の観点で、生産制御の面から学術的に価値があるだけでなく、将来的な環境保全型の農業の確立において、植物種を超えた転写制御システムを用いた有用形質の導入を目指す上で重要な情報を与えるものであり社会的意義をもつ。