2022 Fiscal Year Annual Research Report

Comparative chemical genomic analysis on plant parasitism

Research Project

Project/Area Number	21H04775
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)
Project Period (FY)	2021-04-05 – 2026-03-31
Keywords	寄生植物 / 誘因 / シグナル分子
Outline of Annual Research Achievements	寄生植物は、植物形態の基本的な枠組みを逸脱することなく、動物のように従属栄養として生きる能力を独自に進化させた高等植物であるが、実験室での生育が困難なことから、多くの発生プロセスにおいて不明な点が多数残されている。本研究では、独自に収集した宿主依存度の異なる寄生植物コレクションを用い、生物種を問わずに機能レベルでの解析を可能とする低分子プローブを活用することで、寄生植物が宿主の根に向かって伸張する「化学屈性」と呼ばれる未だ実態の明らかとなっていない能力の存在を立証することを目的とした。これを達成するため、モデル寄生植物としてハマウツボ科の半寄生植物であるセイヨウヒキヨモギを設定し、宿主であるヨモギへの誘因反応に関する基本的な遺伝経路の解析に取り組んでおり、ヨモギが放出する複数のシグナル分子を介した根の屈曲反応の遺伝経路の概要を明らかとした。下流で働くことが想定されるオーキシンの動きを可視化するために蛍光オーキシンを用いた顕微鏡解析を行い、オーキシン輸送阻害剤による誘因阻害作用と併せ、オーキシンの極性輸送が誘因反応に関わっていることを明らかとした。また、未だ同定されていない誘因因子の同定に向け、ヨモギからの抽出物を用いた誘因アッセイの確立とHPLCを用いた活性成分の精製にも取り組んだ。本研究より、寄生植物が宿主植物の根に向かって生育する未解明の生命現象の一端が明らかとなり、アフリカで猛威を振るう寄生植物であるストライガの新たな防除法の確立に向け一歩前進した。
Current Status of Research Progress	Current Status of Research Progress 1: Research has progressed more than it was originally planned. Reason 当初5年かけて行う予定で計画していたモデル寄生植物の設定、ストリゴラクトンの機能の解明、遺伝回路の基本的な枠組み、蛍光オーキシンを用いた解析等を終え、オプションと想定していた未知のシグナル分子の構造決定に向けた研究へと進めることができた点で、想定以上に進展したと考えている。
Strategy for Future Research Activity	当初の計画にあったケミカルトランスクリプトーム解析、および揮発性の誘因因子の構造決定に向けた研究を進める。構造決定を行うために、宿主の抽出物を用い、感度が高く安定したバイオアッセイと組み合わせて分析化学的手法を用いて活性成分を精製する必要がある。バイオアッセイに関しては、スプリットシャーレを用いて水溶性の分子を遮断しつつ揮発性因子の反応を観察するin vitroでのアッセイ系の立ち上げに成功した。一方、揮発性成分の抽出には手こずっており、酢酸エチルやDMSOの祖抽出物には誘因成分が含まれないことが明らかとなった。これは、減圧濃縮の際に揮発性成分を失っていることが原因と考えられる。そこで、ジエチルエーテルやアセトン等、揮発性の異なる有機溶媒を用いた抽出法を検討する。また、揮発性成分であることを踏まえ、固相マイクロ抽出(SPME-GC-MS法）による同定も検討する。培地に含む栄養成分等、ヨモギの生育条件と誘因因子の生産の関係性を検討し、よく生産する条件と、逆に生産しない条件の揮発性分子のプロファイルをGC-MSで比較することで、生産する条件のみに含まれるピークを検出する。その分子量より構造を予測し、候補の精製化合物の誘因活性を検討する。