2013 Fiscal Year Research-status Report
モミラクトンを分子基点とする植物の自己防御機構の進化の解明
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25350972
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Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
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| Research Institution | Okayama University of Science |
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Principal Investigator |
野崎 浩 岡山理科大学, 理学部, 教授 (60159085)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
川出 洋 東京農工大学, (連合)農学研究科(研究院), 准教授 (20291916)
林 謙一郎 岡山理科大学, 理学部, 教授 (30289136)
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| Project Period (FY) |
2013-04-01 – 2016-03-31
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| Keywords | モミラクトン / ジテルペン / 生体防御 |
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| Research Abstract |
下等な陸上植物である蘚類ハイゴケは、被子植物であるイネのファイトアレキシンであるモミラクトンをアレロケミカル（自己防御に関与する2次代謝産物）として、自己防御に利用すると推定している。このような進化上かけ離れた植物種が、同一化合物を生体防御に利用する例は初めてである。ハイゴケのモミラクトン生合成経路とその調節機構を解明し、イネと比較することによって、陸上植物における生体防御機構の進化のみならず2次代謝産物の生合成における調節機構の進化についても、新しい知見が得られる。
本研究ではハイゴケからモミラクトンの生合成中間体であるピマラジエン合成酵素遺伝子や酸化酵素のクローニングを行い、その陸上植物でのファイトアレキシン生合成遺伝子の進化について検討した。また、モミラクトン生合成遺伝子の発現誘導条件やエリシター反応性を検討し、それら遺伝子のプロモーター上のストレス・エリシター応答性シス配列の同定とイネの発現制御機構との比較解析を行うため、モミラクトン生合成遺伝子のプロモーター領域のクローニングに着手した。本研究では、最終的にイネなどの農作物などを含めた陸上植物に存在すると推定されているが、その全貌が明らかとなっていない低分子防御物質による陸上植物に普遍的な自己防御機構の仕組みを明らかとすることを目標として研究を推進した。
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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
ハイゴケにおいても、イネと同様にピマラジエンがモミラクトン生合成鍵中間体と仮定すれば、ハイゴケでのモミラクトン生合成は、イネとは異なる蘚苔類に特徴的な多機能型ピマラジエン環化酵素によって、GGDPから一段階で構築されると推測された。そこで、多機能型環化酵素が関与する生合成遺伝子の機能や転写調節機能を解析することで、ハイゴケの自己防御機構の進化過程について手掛かりを得ることができると考えた。これまでに、我々はハイゴケ遺伝子の次世代シーケンサーによるトランスクリプトーム解析を実施し、ピマラジエン合成酵素の候補遺伝子のクローニングに成功した。また、ハイゴケの無菌培養体をストレス処理することで、候補遺伝子の発現が急速に誘導されることと、モミラクトンの生産量が誘導されることを確認できた。また、本候補遺伝子のプロモーター領域を同定することができた。このように、当初予定していた研究成果が順調に得られており、また学会発表を行うことができ、遺伝子のクローニングについては、ほぼ計画通りに研究目的は達成しつつあるといえる。また、その機能解析に取り組んでおり、全体として、立案した計画以上の成果が得られ高く評価できる。
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| Strategy for Future Research Activity |
平成25年度までに、HpDTC1とHpDTC2の２種のジテルペン環化酵素のクローニングと組換え酵素の機能解析を中心に研究を推進してきた。26年度は新規に同定したHpDTC3遺伝子の機構解析を行う予定である。その環化生成物の同定には、我々が開発したNMRによる新規な同定手法を用いる。すなわち、酵素合成により全炭素が13Ｃ安定同位体で標識されたGGDPを基質として、酵素反応を行い13C-13C COSY 2次元NMR法により、炭素骨格を直接的に解析し、生成物を同定する。さらに、酸化酵素については、これまでに、酵母Pichia pastorisnの発現系を利用した機能解析を行い、酸化酵素の標的基質と生成物の構造を決定する。ピマラジエン合成酵素のプロモーター領域については、クローニングを継続し、レポーター遺伝子のコンストラクトを構築する
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| Expenditure Plans for the Next FY Research Funding |
本年度は、次世代シーケンスによるハイゴケのトランスクリプトーム解析を重点として、主としてデーター解析に関する研究費に使用した。解析に多少の時間を要したため、予定した予算額より使用額が下回った。トランスクリプトームデータを基にした組み換え実験で使用する試薬などや、国際会議での成果発表に関する費用が、次年度以降に計画額を超えて発生することが予想された。このため、次年度以降の予算に配分するため、初年度の使用を抑制した。
初年度150万円の予算計画を立案したが、次世代シーケンサーでの解析結果を踏まえて、
その得られた成果を最大限活用するため、当初予算配分より26年度、最終年度の予算配分を5割増にすることで、組み換え実験の試薬費用などに充てて、研究の進展を促進する。また、国際会議での研究成果の発表のための旅費を確保した。
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