2021 Fiscal Year Annual Research Report
Analysis of chemodiversity of rice for enhancement of stress tolerance
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20H02923
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| Research Institution | Tottori University |
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Principal Investigator |
石原 亨 鳥取大学, 農学部, 教授 (80281103)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
手林 慎一 高知大学, 教育研究部自然科学系農学部門, 教授 (70325405)
寺石 政義 京都大学, 農学研究科, 准教授 (80378819)
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| Project Period (FY) |
2020-04-01 – 2024-03-31
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| Keywords | イネ / ファイトアレキシン / ジテルペノイド / 種内多様性 / ナチュラルバリエーション / オリザ・ルフィポゴン |
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| Outline of Annual Research Achievements |
昨年までの研究で、イネには品種特異的ファイトアレキシンが存在することが見出されてきた。
オリザラクトンは世界のイネコアコレクション（WRC）の中で、３品種のみが生産するファイトアレキシンである。オリザラクトンの特異的蓄積をもたらす分子基盤を解明するための研究を行なった。これらの品種おけるSNPs解析および、F2植物の解析から、オリザラクトンを蓄積する品種には、特有のジテルペン生合成酵素KSLXが存在することが見出された。この遺伝子は、栽培イネの直接の野生種であるO. rufipogonにも広く存在していた。さらに、イネの様々な野生種を調べたところ、Aゲノム種内での種分化が生じる以前に既にこの遺伝子が存在していたことがわかった。このことから、ファイトアレキシンの多様性は、Aゲノム種の確立以前から存在していたことが示唆された。
一方、既存のジテルペノイド型ファイトアレキシンを蓄積しないイネの品種において、新たな誘導性化合物を5種発見することができた。これらは、いずれもイネいもち病菌に対する抗菌活性を示したことから、新たなイネのファイトアレキシンであると推定された。各種機器分析の結果、これらの化合物は、芳香環をもつジテルペノイドで、そのうち2種はこれまでに報告のない新規の化合物であった。
このように、今年度の研究によってイネのジテルペノイド型ファイトアレキシンの多様性に関する理解を大きく深めることができた。
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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
病原菌の接種、あるいは、紫外線を照射したイネにおいて、メタボリック・プロファイリングを行った。その結果、イネのファイトアレキシンの蓄積の種内多様性の全体像が明らかになりつつある。特に、オリザラクトン、ならびに、芳香環をもったジテルペノイド型ファイトアレキシンという、２種のファイトアレキシンのナチュラルバリエーションの存在を見出すことができたのは大きな成果である。さらに、オリザラクトンの生合成については、生合成酵素遺伝子KSL Xを同定することができた。これらの発見は、イネの二次代謝におけるナチュラルバリエーションを作り出す分子基盤の解明にせまるものであり、順調に本課題の目的を達成しつつあると言える。
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| Strategy for Future Research Activity |
オリザラクトンの生合成については、同定したKSL X遺伝子をこれを持たないイネの品種に過剰発現させる。一方で、ゲノム編集技術によりKSL X遺伝子を破壊した系統も作出する。これらの系統を用いて、オリザラクトンの蓄積の有無を確認するとともに、イネの病害や昆虫に対する抵抗性を調べ、オリザラクトンの生体防御における機能を明確にするとともに、生態学的役割を解明する。
一方で、芳香環をもったジテルペノイド型ファイトアレキシンについては、ゲノムワイド関連解析（GWAS）ならびに、F2植物の表現型と遺伝子型の解析などを実施し、これらのファイトアレキシンの蓄積をもたらす原因遺伝子の特定を目指す。
最終的に、以上の研究によってイネの誘導性二次代謝に関するナチュラルバリエーションの生理学的・生態学的意義について考察を加えることを目的とする。
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