2020 Fiscal Year Annual Research Report
Proof that plant growth regulators "Fairy Chemicals" are a plant hormone
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20J14421
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| Research Institution | Shizuoka University |
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Principal Investigator |
竹村 太秀 静岡大学, 自然科学系教育部, 特別研究員(DC2)
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| Project Period (FY) |
2020-04-24 – 2022-03-31
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| Keywords | フェアリーリング / プリン代謝 / イネ / 植物ホルモン / 生合成 / 天然物化学 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
芝草がリング状に繁茂あるいは枯死する現象は「フェアリーリング」という名前で知られている。当研究室ではこの原因物質として2-azahypoxanthine (AHX)、imidazole-4-carboxamide (ICA)、及び2-aza-8-oxohypoxanthine (AOH)の同定に成功し、フェアリー化合物（FCs）と命名した。更に、FCsは様々な植物に対して成長調節活性を示すほか、分析を行ったすべての植物に内生していることが明らかとなった。そのため、FCsが新たな植物ホルモンの可能性があり、その証明に並んでFCs生合成経路の解明を目的とした。
FCsはプリン代謝の中間体である5-aminoimidazole-4-carboxamide (AICA) から生合成されることが判明しているが、既知のプリン化合物を参考に、リボヌクレオチドを介した新たな生合成経路を推測した。そこで、大腸菌を宿主として推定したタンパク質を異種発現した結果、hypoxanyhine-guanine phosphoribosyltransferase（HGPRT）及びadenine phosphoribosyltransferase（APRT）がFCsに対して活性を有することを発見し、リボヌクレオチドを介したFCsの新たな生合成経路・酵素の存在が明らかとなった。
また、FCsを処理したシロイヌナズナを用いて定量分析を行ったところ、上述の経路及び当研究室が明らかにしてきたFCs生合成経路がシロイヌナズナに存在することが明らかとなり、FCsの生合成経路が植物に共通して存在することを強く示唆している。さらに、FCs処理によって抗酸化物質である尿酸やアラントイン含量が大きく変化すること、これまで確認されていなかったFCsの代謝が存在することを見出した。
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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
FCsの生合成経路としてリボヌクレオチドを介した経路を推定し、HGPRT及びAPRTが当該経路に関与することがin vitro及びin vivoから明らかとなった。一方で、AHXとICAが生体内で相互に変換していることを定量分析及びタンパク質実験から見出した。両化合物間の変換は窒素分子を伴う変換であることから、変換を触媒するタンパク質を同定することで、FCsの更なる機能解明が期待できる。
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| Strategy for Future Research Activity |
令和2年度までの進捗状況にも記したように、植物体内でAHXとICAが相互に変換することが強く示唆されたため、本反応を触媒するタンパク質の単離・同定を試みる。昨年度までに、イネ培養細胞から抽出した酵素液で活性が確認できているため、スケールアップを行い活性を指標に検討を行う。
また、FCsは様々なストレス応答に関与するほか、FCs処理によってプリン代謝などの主要経路の化合物含量に影響を与えることが明らかになった。そのため、より効率的なFCs分析法の確立を試み、様々なストレス条件下で培養したイネにおけるFCsやFCs代謝産物、植物ホルモン、プリン代謝化合物などの網羅的定量からFCsの機能解明を進める。
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