寄生植物ストライガを制御する機能性分子の開発

• Project/Area Number: 15J04926
• Research Category: Grant-in-Aid for JSPS Fellows
• Allocation Type: Single-year Grants
• Section: 国内
• Research Field: Bio-related chemistry
• Research Institution: Nagoya University
• Research Fellow: 吉村 柾彦 名古屋大学, 理学研究科, 特別研究員(DC1)
• Project Period (FY): 2015-04-24 – 2018-03-31
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2017)
• Budget Amount: ¥2,800,000 (Direct Cost: ¥2,800,000); Fiscal Year 2017: ¥900,000 (Direct Cost: ¥900,000); Fiscal Year 2016: ¥900,000 (Direct Cost: ¥900,000); Fiscal Year 2015: ¥1,000,000 (Direct Cost: ¥1,000,000)
• Keywords: ストリゴラクトン / 蛍光プローブ / ケミカルスクリーニング / 阻害剤 / 構造活性相関 / バイオイメージング / 迅速化合物スクリーニング / 受容体同定

Outline of Annual Research Achievements

寄生植物ストライガはイネやトウモロコシ、ソルガムなどの農作物に寄生し収量を大幅に減少させることから、アフリカを中心に大きな農業被害を及ぼしている。その被害は年間約1兆円を超え、早急に解決すべき問題となっている。ストライガは宿主植物が土壌中に放出している分子「ストリゴラクトン」を認識して発芽する。これまでに、ストリゴラクトンの働きを蛍光により可視化する分子プローブYLGを開発し、これを用いることでストライガのもつストリゴラクトン受容体を明らかにすることができた。また、前年度、YLGの蛍光を指標として、ストリゴラクトン受容体のはたらきを制御する分子を探索することで、ストライガの発芽阻害分子SGI-3を見いだすことに成功している。本年度は、SGI-3の構造活性相関を明らかにするとともに、LCMSを用いた詳細な解析を行うことで、SGI-3の発芽阻害メカニズムを明らかにした。
普通の植物ではストリゴラクトンは枝分かれを抑制する植物ホルモンとしてはたらく。そのため、ストリゴラクトン受容体D14の機能を阻害する分子の開発は、植物の枝分かれの人口制御を可能にすると考えられる。そこで、ストリゴラクトン受容体のはたらきを可視化する分子YLGの蛍光を指標に、D14の機能を阻害する分子を探索した。膨大な数の化合物を評価することで、D14の阻害剤DL1を見出すことができた。DL1は内在性のストリゴラクトンと競合することで、ストリゴラクトンのシグナル伝達を阻害し、植物の枝分かれを増加させるはたらきをもつことがわかった。本分子はモデル植物のシロイヌナズナだけでなく、実用作物であるイネにも効果を示すため、作物の収量増加やバイオマス増産などに貢献すると期待できる。さらに、DL1をシード化合物としてその構造を最適化することで、DL1よりも高活性な誘導体BrNaph-DL1の開発にも成功している。

Research Progress Status

29年度が最終年度であるため、記入しない。

Strategy for Future Research Activity

29年度が最終年度であるため、記入しない。

Research Products

• [Journal Article] Discovery of Shoot Branching Regulator Targeting Strigolactone Receptor DWARF14 (2018)
  • Author(s): Yoshimura M, Sato A, Kuwata K, Inukai Y, Kinoshita T, Itami K, Tsuchiya Y, Hagihara S
  • Journal Title: ACS Central Science Volume: 4 Pages: 230-234
  • DOI: 10.1021/acscentsci.7b00554
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Chemical hijacking of auxin signaling with an engineered auxin TIR1 pair (2018)
  • Author(s): Uchida N, Takahashi K, Iwasaki R, Yamada R, Yoshimura M, Endo TA, Kimura S, Zhang H, Nomoto M, Tada Y, Kinoshita T, Itami K, Hagihara S and Torii KU
  • Journal Title: Nature Chemical Biology Volume: 14 Pages: 299-305
  • DOI: 10.1038/nchembio.2555
  • NAID: 120006473593
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] The dynamics of strigolactone perception in Striga hermonthica: a working hypothesis (2018)
  • Author(s): Tsuchiya Yuichiro、Yoshimura Masahiko、Hagihara Shinya
  • Journal Title: Journal of Experimental Botany Volume: 69 Pages: 2281-2290
  • DOI: 10.1093/jxb/ery061
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Structural Monitoring of the Onset of Excited-State Aromaticity (2017)
  • Author(s): Hada Masaki、Saito Shohei、Tanaka Sei’ichi、Sato Ryuma、Yoshimura Masahiko、Mouri Kazuhiro、Matsuo Kyohei、Yamaguchi Shigehiro、Hara Mitsuo、Hayashi Yasuhiko、R?hricht Fynn、Herges Rainer、Shigeta Yasuteru、Onda Ken、Miller R. J. Dwayne
  • Journal Title: J. Am. Chem. Soc. Volume: 139 Pages: 15792-15800
  • DOI: 10.1021/jacs.7b08021
  • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Probeing strigolactone receptors in Striga hermonthica with fluorescence (2015)
  • Author(s): Tsuchiya, Y., Yoshimura, M., Sato, Y., Kuwata, K., Toh, S., Holbrook-Smith, D., Zhang, H., McCourt, P., Itami, K., Kinoshita, T. and Hagihara, S.
  • Journal Title: Science Volume: 349 Pages: 864-868
  • DOI: 10.1126/science.aab3831
  • Peer Reviewed / Int'l Joint Research / Acknowledgement Compliant
• [Presentation] Development of shoot branching regulator targeting strigolactone receptor DWARF14 (2018)
  • Author(s): Masahiko Yoshimura, Ryosuke Takise, Kim Sojung, Ayato Sato, Keiko Kuwata, Yoshiaki Inukai, Akiko Yagi, Toshinori Kinoshita, Kenichiro Itami, Yuichiro Tsuchiya and Shinya Hagihara
  • Organizer: IGER Annual meeting 2017
• [Presentation] Development of shoot branching enhancer targeting for strigolactone receptor (2018)
  • Author(s): Masahiko Yoshimura, Ryosuke Takise, Kim Sojung, Ayato Sato, Keiko Kuwata, Yoshiaki Inukai, Akiko Yagi, Toshinori Kinoshita, Kenichiro Itami, Yuichiro Tsuchiya and Shinya Hagihara
  • Organizer: The 98th Annual Meeting 2018 of CSJ
• [Presentation] High-throughput screening of ligands for regulation of Striga germination with Yoshimulactone (2017)
  • Author(s): 吉村柾彦、土屋雄一朗、佐藤綾人、佐藤良勝、伊丹健一郎、木下俊則、萩原伸也
  • Organizer: 日本化学会第97回春季年会
  • Place of Presentation: 慶應義塾大学、神奈川
  • Year and Date: 2017-03-16
• [Presentation] 「寄生植物ストライガの発芽制御分子の開発」 (2017)
  • Author(s): 吉村 柾彦・土屋 雄一朗・佐藤 良勝・佐藤 綾人・木下 俊則・伊丹 健一郎・萩原 伸也
  • Organizer: 第11回バイオ関連化学シンポジウム
• [Presentation] 「植物の枝分かれ制御分子の開発」 (2017)
  • Author(s): 吉村 柾彦・土屋 雄一朗・佐藤 綾人・犬飼 義明・木下 俊則・伊丹 健一郎・萩原 伸也
  • Organizer: 第11回バイオ関連化学シンポジウム
• [Presentation] Discovery of germination inhibitor for parasitic plant Striga (2017)
  • Author(s): Masahiko Yoshimura, Yuichiro Tsuchiya, Ayato Sato, Yoshikatsu Sato, Keiko Kuwata, Toshinori Kinoshita, Kenichiro Itami, Shinya Hagihara
  • Organizer: The Second International Symposium on Biofunctional Chemistry
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Mixから生まれた融合研究：ストライガ問題解決に向けた分子化学的アプローチ (2017)
  • Author(s): 吉村柾彦
  • Organizer: 第2回 名古屋大学の卓越・先端・次世代シンポジウム
  • Place of Presentation: 名古屋大学、愛知
  • Invited
• [Presentation] Chemical approach for solving the Striga problem (2017)
  • Author(s): 吉村柾彦、土屋雄一朗、佐藤良勝、佐藤綾人、桑田啓子、木下俊則、伊丹健一郎、萩原伸也
  • Organizer: IGER年次報告会2016
  • Place of Presentation: 名古屋大学、愛知
• [Presentation] ストリゴラクトン受容の可視化蛍光プローブ (2016)
  • Author(s): 吉村柾彦、土屋雄一朗、佐藤良勝、佐藤綾人、桑田啓子、伊丹健一郎、木下俊則、萩原伸也
  • Organizer: 日本植物学会 第80回大会
  • Place of Presentation: 沖縄コンベンションセンター、沖縄
  • Year and Date: 2016-09-16
  • Invited
• [Presentation] Chemical biology of strigolactone receptor (2016)
  • Author(s): Masahiko Yoshimura, Yuichiro Tsuchiya, Yoshikatsu Sato, Ayato Sato, Keiko Kuwata, Kenichiro Itami, Toshinori Kinoshita and Shinya Hagihara
  • Organizer: The 96th Annual Meeting 2016 of CSJ
  • Place of Presentation: 同志社大学
  • Year and Date: 2016-03-27
• [Presentation] Probing strigolactone receptor of Striga hermonthica with fluorescence (2016)
  • Author(s): Masahiko Yoshimura, Yuichiro Tsuchiya, Yoshikatsu Sato, Ayato Sato, Keiko Kuwata, Shigeo Toh, Duncan Holbrook-Smith, Hua Zhang, Peter McCourt, Kenichiro Itami, Toshinori Kinoshita and Shinya Hagihara
  • Organizer: IGER Annual Meeting 2015
  • Place of Presentation: 名古屋大学
  • Year and Date: 2016-01-08
• [Presentation] Approach to the Striga problem using fluorescence turn-on probe for strigolactone perception (2016)
  • Author(s): Masahiko Yoshimura, Yuichiro Tsuchiya, Yoshikatsu Sato, Ayato Sato, Keiko Kuwata, Shigeo Toh, Duncan Holbrook-Smith, Hua Zhang, Peter McCourt, Kenichiro Itami, Toshinori Kinoshita and Shinya Hagihara
  • Organizer: The 4th Plant Imaging Meeting
  • Place of Presentation: 名古屋大学
  • Year and Date: 2016-01-08
  • Invited
• [Presentation] High-throughput chemical screening of ligands for strigolatone receptors to regulate the Striga germination (2016)
  • Author(s): 吉村柾彦、土屋雄一朗、佐藤良勝、佐藤綾人、桑田啓子、木下俊則、伊丹健一郎、萩原伸也
  • Organizer: ITbM/IGER Chemistry Workshop 2016
  • Place of Presentation: 名古屋大学、愛知
• [Presentation] Development of novel germination stimulant for Striga (2015)
  • Author(s): Masahiko Yoshimura, Yuichiro Tsuchiya, Yoshikatsu Sato, Ayato Sato, Keiko Kuwata, Shigeo Toh, Duncan Holbrook-Smith, Hua Zhang, Peter McCourt, Kenichiro Itami, Toshinori Kinoshita and Shinya Hagihara
  • Organizer: Pacifichem 2015
  • Place of Presentation: Honolulu, Hawaii
  • Year and Date: 2015-12-16
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Approach to the Striga problem using fluorescence turn-on probe for strigolactone perception (2015)
  • Author(s): Masahiko Yoshimura, Yuichiro Tsuchiya, Yoshikatsu Sato, Ayato Sato, Keiko Kuwata, Shigeo Toh, Duncan Holbrook-Smith, Hua Zhang, Peter McCourt, Kenichiro Itami, Toshinori Kinoshita and Shinya Hagihara
  • Organizer: NIBB Retreat 2015
  • Place of Presentation: 基礎生物学研究所
  • Year and Date: 2015-11-25
  • Invited
• [Presentation] Approach to the Striga problem using fluorescence turn-on probe for strigolactone perception (2015)
  • Author(s): Masahiko Yoshimura, Yuichiro Tsuchiya, Yoshikatsu Sato, Ayato Sato, Keiko Kuwata, Shigeo Toh, Duncan Holbrook-Smith, Hua Zhang, Peter McCourt, Kenichiro Itami, Toshinori Kinoshita and Shinya Hagihara
  • Organizer: ITbM/IGER Chemistry Workshop, Symposium of Organic Chemistry by Students
  • Place of Presentation: 名古屋大学
  • Year and Date: 2015-10-30
• [Book] 化学 (2016)
  • Author(s): 萩原伸也、吉村柾彦、土屋雄一朗、木下俊則、伊丹健一郎
  • Total Pages: 4
  • Publisher: 化学同人
• [Remarks] アフリカの食糧問題に希望の光 ～ 寄生植物の発芽を制御するタンパク質を発見 ～
  • URL: http://www.itbm.nagoya-u.ac.jp/ja/research/2015/08/Yoshimulactone-Striga.php
• [Patent(Industrial Property Rights)] 蛍光プローブ、及びそれを用いたストライガ発芽調節物質のスクリーニング方法 (2015)
  • Inventor(s): 萩原伸也、土屋雄一朗、吉村柾彦、伊丹健一郎、木下俊則
  • Industrial Property Rights Holder: 萩原伸也、土屋雄一朗、吉村柾彦、伊丹健一郎、木下俊則
  • Industrial Property Rights Type: 特許
  • Filing Date: 2015-07-06