2022 Fiscal Year Annual Research Report
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21J23445
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| Allocation Type | Single-year Grants |
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| Research Institution | Tottori University |
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Principal Investigator |
假谷 佳祐 鳥取大学, 連合農学研究科, 特別研究員(DC1)
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| Project Period (FY) |
2021-04-28 – 2024-03-31
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| Keywords | イネ / ファイトアレキシン / 種内多様性 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
植物は病原菌の感染に応答して、抗菌活性を有する化合物ファイトアレキシンを蓄積する。イネからは、20種類以上のファイトアレキシンが報告されており、その蓄積量は品種ごとに大きく異なる。本研究は、イネが多様な化学防御システムをどのように獲得したのか、1) 新奇ファイトアレキシン生合成経路の獲得メカニズム、2) ファイトアレキシンを蓄積しない品種における化学防御機構、を調べることで明らかにすることを目的とする。
1)昨年までの研究で、イネの新奇ファイトアレキシンであるオリザラクトンの生合成を制御する遺伝子の一つとしてKSLXを同定した。KSLXは、KSL8およびKSL9と同じ遺伝子座に座乗したことから、対立遺伝子であると考えられた。KSLXは、KSL8の重複からはじまり、重複した遺伝子への変異の蓄積による新機能化、そして、遺伝子の融合により成立したと推定された。KSLXとKSL8が対立遺伝子として保持されてきたのは、KSLXとKSL8の代謝物の抗菌活性に違いによるものと予想した。糸状菌であるイネいもち病菌とイネごま葉枯病菌、細菌病原菌のイネ白葉枯病菌とイネモミ枯れ細菌病菌に対する抗菌活性を調べたが、抗菌活性に化合物間の差は認められなかった。
2) 昨年までの研究で、Jinguoyinのファイトアレキシンとしてアビエトリジン類を発見している。アビエトリジン類の生合成遺伝子を、アビエトリジン類高蓄積系統と非蓄積系統のF2集団を用いたQTL-seq法により探索した。2つのQTLが検出され、そのうち一方にジテルペン合成酵素遺伝子が座乗していた。この遺伝子を、ベンサミアナタバコにおいて一過的に発現させたところ、アビエトリジンの生合成に関与する可能性が示唆された。
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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) 新奇ファイトアレキシン生合成経路の獲得メカニズムに関して、今年度は、オリザラクトンの生合成遺伝子KSLXの獲得に至った分子メカニズムの解析に注力した。KSLXを複数種のKSLsとともに系統解析に供し、Oryza属植物において特異的に進化してきた遺伝子であることを示すことができた。KSLXは、KSL8の重複によるKSLYの獲得、そして、KSL8と未知遺伝子KSLYの融合によって生じたと考えられた。このうち、KSL8の重複はBBゲノム種の成立以前に起きたと考えられた。一方で、KSL8とKSLYの融合はBBゲノム種とAAゲノム種の分化後からAAゲノム種内の種分化が起こるまでの間に起こったと推定された。この解析結果は、ファイトアレキシン生合成遺伝子の多型が長い時間、積極的に維持されるような選択を受けてきたことを示唆していた。この結果に基づいて、KSLXから生合成されるオリザラクトンと、KSL8から生合成されるオリザレキシンSの抗菌活性の比較も行うことができた。
2) ファイトアレキシンを蓄積しない品種における化学防御機構を明らかにするにあたり、既知のファイトアレキシンを蓄積しない品種から単離したファイトアレキシンであるアビエトリジン類の生合成遺伝子の探索も並行して行った。アビエトリジン類高蓄積品種と低蓄積品種のF2集団を用いた解析から、品種間差をもたらすと予想される2つの遺伝子座、qAbi1とqAbi2、を推定することができた。qAbi1に座乗するテルペン合成酵素遺伝子の遺伝子の機能解析から、アビエトリジン類の生合成への関与が示唆された。
このように、当初の計画通りに進行していることから、研究はおおむね順調に進展していると判断した。
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| Strategy for Future Research Activity |
1)新奇ファイトアレキシン生合成経路の獲得メカニズム、2) ファイトアレキシンを蓄積しない品種における化学防御機構、について次の方法で次年度の研究を行う計画である。
1) オリザラクトンはファイトアレキシンとして報告されているが、根において構成的に蓄積すること、ウンカやヨコバイからの吸汁によっても生合成されることを見出している。すなわち、オリザラクトンには抗菌活性以外の生理活性があると予想される。現在、KSLXをゲノム編集によりノックダウンさせた変異体を作成している。野生株と変異体のストレス耐性を比較することで、オリザラクトンを蓄積する生物学的意義を明らかにする。最終的に、これまでに明らかにしてきた内容とともに論文として投稿する。
2)アビエトリジンを高蓄積する系統と、蓄積しない系統のF2集団を用いたQTL-seqから、2つのQTL、qAbi1とqAbi2、が検出された。qAbi1には、アビエトリジン類の炭素骨格の生合成に関わる遺伝子が座乗していると予想された。標的遺伝子のノックアウトと、過剰発現により、アビエトリジン類の生合成を制御することを証明する。一方で、これまでの解析ではqAbi2とアビエトリジンの生合成の関係は不明瞭である。次年度は、qAbi2について詳細な遺伝子型解析と表現型解析をおこない、アビエトリジン類の生合成に関与する遺伝子の探索を行う。
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