Isolation and identification of a yet-unknown plant hormone, KAI2 ligand, from Lotus japonicus

2022 Fiscal Year Final Research Report

• Project/Area Number: 20H02925
• 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: Osaka Metropolitan University (2022); Osaka Prefecture University (2020-2021)
• Principal Investigator: Akiyama Kohki 大阪公立大学, 大学院農学研究科, 教授 (20285307)
• Project Period (FY): 2020-04-01 – 2023-03-31
• Keywords: KAI2リガンド / カリキン / ストリゴラクトン / 植物ホルモン / アーバスキュラー菌根菌

Outline of Final Research Achievements

The KAI2 ligand (KL) is a provisional name for an elusive plant hormone that activates the KARRIKIN-INSENSITIVE2 (KAI2) receptors and plays crucial roles in various plant processes such as germination, leaf and root development, as well as symbiosis with arbuscular mycorrhizal fungi. In this study, we conducted chromatographic purification of KL from the Lotus japonicus kai2a mutant using a bioassay that utilized DLK2 gene expression as a marker in germinating seeds of L. japonicus. As a result, we identified two peaks as candidates for KL. One of these peaks was found to induce the interaction between LjKAI2a and LjSMAX1 in a yeast two-hybrid assay, suggesting its identity as the KL molecule.

Free Research Field

天然物化学・生物有機化学

Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements

世界の複数のグループが10年以上にわたりKLの同定を試みているが、これまでに単離されていない。本研究において、同定までは至らなかったものの、ピークの特定にまで漕ぎ着けたことは大きな進歩である。精製過程において、KL活性がどの画分にも見られなくなる状況に何度も陥ったことから、KLは化学的に不安定であり、且つ、トリッキーなクロマト挙動を示すことが分かった。今後、さらにKLの化学的性状に関する理解を深め、障壁を克服することでKL同定は達成されると見込まれる。KLは、植物のストレス耐性や菌根共生に関与するので、その研究成果は新たな植物生産技術や成長調節物質の開発に繋がると期待される。