2020 Fiscal Year Annual Research Report
Elucidation of metabolic mechanisms of carbon translocation from hosts to root parasitic weeds
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20H02924
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| Research Institution | Osaka Prefecture University |
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Principal Investigator |
岡澤 敦司 大阪府立大学, 生命環境科学研究科, 准教授 (10294042)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
太田 大策 大阪府立大学, 生命環境科学研究科, 教授 (10305659)
新間 秀一 大阪大学, 工学研究科, 准教授 (30515896)
園田 素啓 大阪府立大学, 生命環境科学研究科, 准教授 (90314400)
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| Project Period (FY) |
2020-04-01 – 2023-03-31
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| Keywords | 寄生植物 / 炭素収奪 / メタボローム / 質量分析イメージング / セクレトーム |
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| Outline of Annual Research Achievements |
ハマウツボ科の根寄生雑草は、宿主植物が光合成によって固定した有用炭素資源を、利用価値のないバイオマスに再変換してしまう点にある。そこで、本研究では根寄生雑草による宿主からの光合成産物収奪（炭素収奪）の代謝メカニズムを明らかにすることを目的とした。そのために、（１）C-13メタボローム解析による根寄生雑草内の炭素収奪代謝マップの作成、（２）質量分析イメージング等による炭素収奪組織の可視化、および、（３）セクレトーム解析による炭素収奪に関わる蛋白質分子の同定を行うという実験計画を立てた。
当該年度は、（１）根寄生雑草を人工的に宿主に寄生させることの出来るライゾトロン実験系を確立し、スクロースを指標に炭素収奪のメタボローム解析に適したサンプル調製の条件検討を行った。その結果、また、宿主であるムラサキツメクサの葉にスクロースを投与して48時間後にサンプリングした根寄生雑草ヤセウツボでスクロースが検出されたため、この条件で炭素収奪代謝マップ作成のためのメタボローム解析を行うこととした。（２）宿主より収奪した炭素の貯蔵形態であることを見出していたプランテオースについて、種子中の分布を質量分析イメージングにて可視化することに成功した。プランテオースは、種子中では胚には分布しておらず、周囲の内胚乳、外胚乳、および、種子に蓄積していた。宿主ではプランテオースは生合成されていないため、種子に蓄積しているプランテオースは宿主から収奪された炭素より、根寄生雑草ヤセウツボ内で合成され、胚乳等に蓄えられると考えられた。（３）セクレトーム解析のために、より活性の強い吸器誘導物質を探索することとした。これまでに見出していたPI-28の芳香族カルボニルチオウレアを骨格として、27 類縁化合物を合成した。
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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
（１）根寄生雑草ヤセウツボ内の炭素収奪代謝マップ作成のための、サンプリング条件を確立した。この際、ムラサキツメクサにスクロースを投与し、この移動を指標としてGC分析を行った結果、宿主であるムラサキツメクサに寄生させた根寄生雑草ヤセウツボの炭素代謝（一次代謝、中心代謝）産物の抽出および検出に問題ないことを確認した。
（２）根寄生雑草が宿主より収奪し、発芽のための貯蔵糖質として生合成、蓄積していると考えられるプランテオースの種子中の分布を質量分析イメージングにて初めて明らかにした。単離精製したプランテオースを用いて、MALDI-MS/MS分析を行い、プランテオースに特徴的なフラグメントイオンを同定した。このイオンを指標にヤセウツボ種子切片での質量分析イメージングを行ったところ、プランテオースは、胚以外の内胚乳、外胚乳及び種皮に分布しており、貯蔵糖質として用いられている想定を裏付ける結果が得られた。
（３）研究を進めるにあたり、活性の強い吸器誘導物質が必要となったため、これまでに見出していたPI-28の構造を基に、さらに強い活性を持つ化合物の探索を開始した。フェノール類、2-クロロアセタミド及びアリールイソチアネートを出発原料とし、2段階の反応で26化合物を合成した。
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| Strategy for Future Research Activity |
（１）サンプリング条件を確立した人工寄生系を用いて、まず基礎的な代謝物データを獲得する。このために、宿主であるムラサキツメクサの葉（炭素のソース組織に該当）と、その根に寄生しているヤセウツボ（シンク組織に該当）の親水性代謝（中心代謝・一次代謝）産物のメタボローム解析を行う。その後、C-13で安定同位体標識を行った二酸化炭素を宿主に同化させ、この炭素が根寄生雑草にどのように収奪されるかを解析する。
（２）上記で取得する基礎的な代謝物データより、根寄生雑草ヤセウツボに特徴的な代謝産物を抽出する。それらの代謝産物がヤセウツボのどの組織に蓄積されているかについて、質量分析イメージングにて解析する。
（３）PI-28の類縁体として合成した芳香族カルボニルチオウレアについて、吸器誘導活性を検討し、活性の高い化合物を選抜する。選抜した化合物を用いてヤセウツボの吸器を誘導し、吸器誘導時に根寄生雑草ヤセウツボより分泌される分子の網羅的解析を試みる。
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