Analysis of chemodiversity of rice for enhancement of stress tolerance

2023 Fiscal Year Final Research Report

• Project/Area Number: 20H02923
• 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: Tottori University
• Principal Investigator: Ishihara Atsushi 鳥取大学, 農学部, 教授 (80281103)
• 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)
• Project Period (FY): 2020-04-01 – 2024-03-31
• Keywords: イネ / 二次代謝 / ケモダイバーシティー / ナチュラルバリエーション / ファイトアレキシン / ジテルペノイド / フラボノイド / アビエトリジン

Outline of Final Research Achievements

We investigated the chemodiversity in rice and attempted to clarify its molecular basis. Additionally, we discussed the ecological significance of the chemodiversity from an evolutionary perspective. Our new findings were as follows: 1) There is a large diversity in the composition of diterpenoid phytoalexins in both cultivated and wild rice. 2) Aromatic diterpenoid phytoalexins, abietoryzines, accumulate in the specific, but many rice cultivars. 3) We identified the biosynthetic gene for the cultivar-specific phytoalexin oryzalactone and clarified its creation and inheritance during the evolution of the Oryza genus. 4) We found a flavonoid glycoside specifically accumulated in the Indica subspecies. 5) Using metabolic profiling approach and a non-linear dimensionality reduction method, we analyzed the population structure of rice cultivars. These results provide an overall picture of rice chemodiversity.

Free Research Field

天然物化学

Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements

本研究の知見は、ストレスに強い作物の育種や栽培体系の創出に利用できる。本研究では、新規ファイトアレキシンを多数発見した。これらを利用して特定の病原菌に強い系統を育種することが可能となった。また、異なるファイトアレキシンを蓄積する系統を一つの品種の中に混在させて栽培する、いわゆるマルチラインによる栽培を行うことも想定できる。
さらに、本研究では、新規二次代謝経路の誕生と変遷を明らかにしており、学術的にも大きな意義を有する。オリザラクトン合成酵素遺伝子KSLXは、２つの遺伝子の融合によって誕生し、さらに、平衡選択によって維持されてきたものと推定することができた。