Elucidating strigolactone signal transduction using fungal model system

2021 Fiscal Year Research-status Report

• Project/Area Number: 20K20569
• Research Institution: Nagoya University
• Principal Investigator: 土屋 雄一朗 名古屋大学, トランスフォーマティブ生命分子研究所, 特任教授 (00442989)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 加藤 直樹 摂南大学, 農学部, 准教授 (90442946)
• Project Period (FY): 2020-07-30 – 2025-03-31
• Keywords: ストリゴラクトン / 菌根菌 / 糸状菌 / シグナル伝達

Outline of Annual Research Achievements

大地に根を張り、大気中に葉を展開する植物は、全ての生命を支えるエネルギー源を光合成によって創出するだけではなく、環境を感知し、その情報を根を通して地下のエコシステムへと環流させることによって地球の生態系を支えている。植物が根から土中に放出する情報分子の一つであるストリゴラクトンは、環境／植物／土壌微生物の相互作用を橋渡しする多機能なシグナル分子として知られている。本研究では、遺伝解析が可能な菌類のモデル系を新たに探索し、得られた知見を菌根菌へと翻訳することによって、これまで遺伝的コンポーネントが一つも同定されていない菌根菌におけるストリゴラクトンシグナル伝達機構の解明を目指す。今年度は、モデル菌株の探索をさらに進め、Chronostachis roseaとPurpureocillium lilacinumがストリゴラクトンに応答して菌糸の屈曲伸張を起こすだけではなく、ストリゴラクトン様の分子を自分自身で生産していることを見出した。さらに、モデル生物として汎用されている酵母においても、ストリゴラクトン様分子の生産と、ストリゴラクトンへの反応が見られ、非感受性変異株のスクリーニング等を非常に簡便に行える実験系の確立にも取り組んだ。また、ストリゴラクトン様分子の構造決定に向け、培養条件の検討、精製方法の検討等も行い、10Lスケールより逆層HPLCにて単一の活性フラクションを得るところまで来ている。更なる詳細な解析が必要ではあるが、NMRによるシグナルにはストリゴラクトンに共通で見られるブテノライド様の構造を持つ分子であることも推定された。

Current Status of Research Progress

2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.

Reason

当初の計画では、ストリゴラクトン非感受性変異株のスクリーニングを行う予定であったが、想定外に酵母がよく反応することを見出したため、遺伝学ツールの充実した酵母を用いた実験系の立ち上げを中心に行った。また、ストリゴラクトン様の分子を生産することも見出したため、この分子が実は糸状菌においてホルモンとして働いているとの仮説も考えられた。現在、菌類ではホルモンという概念が存在せず、新たな研究分野の開拓へとつながると期待される。概して、計画としてはやや遅れているものの、それを補う新たな発見もあり、総合的には概ね順調に進展していると考えている。

Strategy for Future Research Activity

今後は、ストリゴラクトン応答の詳細な表現型の解析を酵母を用いて進め、非感受性変異株のスクリーニングへと進める。それに先立ち、トランスクリプトーム解析よりストリゴラクトン応答性の遺伝子を同定し、GFPや栄養要求性レポーターを持つ系統を作成する。さらに、100Lスケールでの培養より、クロマトグラフ上で単一のピークが得られるまでストリゴラクトン様分子の精製を進め、NMRによる構造決定へと進める。

Causes of Carryover

コロナの影響による学会の中止のため。