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モミラクトン生産植物の生合成遺伝子クラスター制御機構とその進化に関する研究

研究課題

研究課題/領域番号 17H03811
研究種目

基盤研究(B)

配分区分補助金
応募区分一般
研究分野 生物有機化学
研究機関東京大学

研究代表者

岡田 憲典  東京大学, 生物生産工学研究センター, 准教授 (20312241)

研究期間 (年度) 2017-04-01 – 2020-03-31
研究課題ステータス 完了 (2019年度)
配分額 *注記
17,290千円 (直接経費: 13,300千円、間接経費: 3,990千円)
2019年度: 3,770千円 (直接経費: 2,900千円、間接経費: 870千円)
2018年度: 4,290千円 (直接経費: 3,300千円、間接経費: 990千円)
2017年度: 9,230千円 (直接経費: 7,100千円、間接経費: 2,130千円)
キーワード二次代謝物質 / 生合成遺伝子クラスター / 転写制御 / 病害抵抗性 / テルペノイド / モミラクトンA遺伝子クラスター / 蘚類ハイゴケ / 転写因子 / ゲラニルゲラニル2リン酸 / ファイトアレキシン / 遺伝子クラスター / モミラクトン / オキシリピン / 転写制御因子 / ハイゴケ / 野生イネ / アレロパシー / 植物成長調節物質
研究成果の概要

本研究ではまず栽培イネのジテルペン型ファイトアレキシン生合成経路を安定同位体ラベル基質の投与により追究し、その生合成経路を構成するP450酸化酵素の植物体内での機能同定を行った。次に、この生合成遺伝子群の制御に関わる主要因子の解析を進め、OsTGAP1が根でのアレロパシー活性に重要であること、また、DPFが野生イネでも保存されていることを示した。さらに、下等植物では初となる、蘚類ハイゴケにおけるモミラクトン生合成遺伝子クラスターを機能的に証明し、イネ、イヌビエ、ハイゴケの進化的距離を保つ3つの植物が、収斂進化によりモミラクトン生合成遺伝子クラスターを獲得した可能性が高いことを明らかにした。

研究成果の学術的意義や社会的意義

植物に競争力を与えるモミラクトンはこれまでイネだけが利用していると考えられてきたが、イヌビエやハイゴケなど複数の進化的に離れた植物においても、ゲノム上の遺伝子クラスターの存在と共にモミラクトン合成能を維持していることが明らかになり、陸上植物が利用可能な生理活性物質としてのポテンシャルが高いことが示された。さらに、ハイゴケのモミラクトン生合成遺伝子クラスター内の遺伝子を用い、異種植物におけるモミラクトン生産にも成功した。これらの成果を利用することで、モミラクトンを生産し病害抵抗性を付与した新たな作物の開発につながる期待が大きく、本研究成果は学術的に重要なだけでなく社会的意義を持つものである。

報告書

(4件)
  • 2019 実績報告書   研究成果報告書 ( PDF )
  • 2018 実績報告書
  • 2017 実績報告書
  • 研究成果

    (36件)

すべて 2020 2019 2018 2017 その他

すべて 国際共同研究 (4件) 雑誌論文 (11件) (うち国際共著 4件、 査読あり 11件、 オープンアクセス 2件、 謝辞記載あり 1件) 学会発表 (20件) (うち国際学会 8件、 招待講演 2件) 図書 (1件)

  • [国際共同研究] Universitat Autonoma de Barcelona (UAB)(スペイン)

    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
  • [国際共同研究] Zhejiang University/Sichuan Agricultural University(中国)

    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
  • [国際共同研究] Universitat Autonoma de Barcelona (UAB)(スペイン)

    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
  • [国際共同研究] 浙江大学(中国)

    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
  • [雑誌論文] Genomic evidence for convergent evolution of gene clusters for momilactone biosynthesis in land plants2020

    • 著者名/発表者名
      Mao L, Kawaide H, Higuchi T, Chen M, Miyamoto K, Hirata Y, Kimura H, Miyazaki S, Teruya M, Fujiwara K, Tomita K, Yamane H, Hayashi K, Nojiri H, Jia L, Qiu J, Ye C, Timko MP, Fan L, and Okada K
    • 雑誌名

      Proc Natl Acad Sci USA

      巻: 117 号: 22 ページ: 12472

    • DOI

      10.1073/pnas.1914373117

    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
    • 査読あり / 国際共著
  • [雑誌論文] Osa-miR7695 enhances transcriptional priming in defense responses against the rice blast fungus2019

    • 著者名/発表者名
      Sanchez-Sanuy F, Peris-Peris C, Tomiyama S, Okada K, Hsing YI, San Segundo B, Campo S.
    • 雑誌名

      BMC Plant Biol.

      巻: 19 号: 1 ページ: 563-563

    • DOI

      10.1186/s12870-019-2156-5

    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
    • 査読あり / 国際共著
  • [雑誌論文] Characterization of diterpene synthase genes in the wild rice species Oryza brachyatha provides evolutionary insight into rice phytoalexin biosynthesis2018

    • 著者名/発表者名
      Toyomasu Tomonobu、Goda Chisato、Sakai Arisa、Miyamoto Koji、Shenton Matthew R.、Tomiyama Shiho、Mitsuhashi Wataru、Yamane Hisakazu、Kurata Nori、Okada Kazunori
    • 雑誌名

      Biochemical and Biophysical Research Communications

      巻: 503 号: 3 ページ: 1221

    • DOI

      10.1016/j.bbrc.2018.07.028

    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Expression of RSOsPR10 in rice roots is antagonistically regulated by jasmonate/ethylene and salicylic acid via the activator OsERF87 and the repressor OsWRKY76, respectively2018

    • 著者名/発表者名
      Yamamoto, T., Yoshida, Y., Nakajima, K., Tominaga, M., Gyohda, A., Suzuki, H., Okamoto, T., Nishimura, T., Yokotani, N., Minami, E., Nishizawa, Y., Miyamoto, K., Yamane, H., Okada, K., Koshib, T.
    • 雑誌名

      Plant Direct

      巻: 2 号: 3 ページ: 1-17

    • DOI

      10.1002/pld3.49

    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] OsDCL1a activation impairs phytoalexin biosynthesis and compromises disease resistance in rice.2018

    • 著者名/発表者名
      Salvador-Guirao R, Baldrich P, Tomiyama S, Hsing YI, Okada K, San Segundo B.
    • 雑誌名

      Annals of Botany

      巻: 123 号: 1 ページ: 79-93

    • DOI

      10.1093/aob/mcy141

    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
    • 査読あり / 国際共著
  • [雑誌論文] In planta functions of cytochrome P450 monooxygenase genes in the phytocassane biosynthetic gene cluster on rice chromosome 22018

    • 著者名/発表者名
      Zhongfeng Ye, Kohei Yamazaki, Hiromi Minoda, Koji Miyamoto, Sho Miyazaki, Hiroshi Kawaide, Arata Yajima, Hideaki Nojiri, Hisakazu Yamane and Kazunori Okada
    • 雑誌名

      Bioscience, Biotechnology and Biochemistry

      巻: 82 号: 6 ページ: 1021

    • DOI

      10.1080/09168451.2017.1398067

    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Biochemical synthesis of uniformly 13C-labeled diterpene hydrocarbons and their bioconversion to diterpenoid phytoalexins in planta2017

    • 著者名/発表者名
      Ye Z, Nakagawa K, Natsume M, Nojiri H, Kawaide H, Okada K.
    • 雑誌名

      Biosci. Biotech. Biochem.

      巻: 81(6) 号: 6 ページ: 1176-1184

    • DOI

      10.1080/09168451.2017.1285689

    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] OsMYC2, an essential factor for JA-inductive sakuranetin production in rice, interacts with MYC2-like proteins that enhance its transactivation ability2017

    • 著者名/発表者名
      Ogawa S, Miyamoto K, Nemoto K, Sawasaki T, Yamane H, Nojiri H, Okada K.
    • 雑誌名

      Scientific Reports

      巻: 7 号: 1 ページ: 40175-40175

    • DOI

      10.1038/srep40175

    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] OsMYC2 mediates numerous defence-related transcriptional changes via jasmonic acid signalling in rice2017

    • 著者名/発表者名
      Ogawa S, Kawahara-Miki R, Miyamoto K, Yamane H, Nojiri H, Tsujii Y, Okada K.
    • 雑誌名

      Biochem Biophys Res Commun.

      巻: 486 号: 3 ページ: 796

    • DOI

      10.1016/j.bbrc.2017.03.125

    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
    • 査読あり / 謝辞記載あり
  • [雑誌論文] Echinochloa crus-galli genome analysis provides insight into its adaptation and invasiveness as a weed2017

    • 著者名/発表者名
      Guo L, Qiu J, Ye C, Jin G, Mao L, Zhang H, Yang X, Peng Q, Wang Y, Jia L, Lin Z, Li G, Fu F, Liu C, Chen L, Aoki D, Yumoto E, Yokota T, Miyamoto M, Okada K, Kim DC, Cai D, Zhang C, Lou Y, Qian Q, Yamaguchi H, Yamane H, Kong CH,Timko MP, Bai L, Fan L et al.,
    • 雑誌名

      Nature Communications

      巻: 8 号: 1

    • DOI

      10.1038/s41467-017-01067-5

    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
    • 査読あり / 国際共著
  • [雑誌論文] OsTGAP1 is responsible for JA-inducible diterpenoid phytoalexin biosynthesis in rice roots with biological impacts on allelopathic interaction2017

    • 著者名/発表者名
      Yoshida Y, Miyamoto K, Yamane H, Nishizawa Y, Minami E, Nojiri H, Okada K
    • 雑誌名

      Physiol Plant.

      巻: 161 号: 4 ページ: 532

    • DOI

      10.1111/ppl.12638

    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
    • 査読あり
  • [学会発表] 蘚類ハイゴケの染色体上でクラスター化したモミラクトン生合成遺伝子群の機能解析2019

    • 著者名/発表者名
      樋口俊哉, 照屋美優, 藤原薫, 宮本皓司, 山根久和, 林謙一郎, 川出洋, Longjiang Fan, 野尻秀昭, 岡田憲典
    • 学会等名
      第54回 植物化学調節学会 2019/11/15-17、鳥取
    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
  • [学会発表] イネのジテルペン系ファイトアレキシン生合成遺伝子のノックアウトイネの作出と解析2019

    • 著者名/発表者名
      石川一輝, 山村千紘, 和田美樹, 冨山詩歩, 前田哲, 岡田憲典, 鎌倉高志, ○森昌樹
    • 学会等名
      第54回 植物化学調節学会 2019/11/15-17、鳥取
    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
  • [学会発表] 新規殺菌剤トルプロカルブに関する研究(第13報) -イネにおけるジテルペン型ファイトアレキシン類の蓄積-2019

    • 著者名/発表者名
      髙橋明里,○鳥邉翔,冨山詩歩,富田啓介,有村源一郎,萩原寛之,小原敏明,岡田憲典
    • 学会等名
      農薬学会
    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
  • [学会発表] Regulatory machinery for the coordinated expression on the phytoalexin biosynthetic gene clusters conserved in wild rice genome2019

    • 著者名/発表者名
      Shiho Tomiyama, Ryouka Kawahara-Miki, Koji Miyamoto, Hisakazu Yamane, Hideaki Nojiri, Naoki Yamamoto, ○Kazunori Okada.
    • 学会等名
      17th International Symposium on Rice Functional Genomics (2019/910/4~6, @taiwan)
    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Chemical genomics approach to dissect the mode of action of momilactone B, a major contributor to chemical defense in rice2019

    • 著者名/発表者名
      Keisuke Tomita, Yasuhiro Matsuo, Makoto Kawamukai, Yoko Yashiroda, Minoru Yoshida, Hideaki Nojiri, Kazunori Okada
    • 学会等名
      TERPNET 2019 - The 14th International Meeting on Biosynthesis, Function and Synthetic Biology of Isoprenoids (2019/8/26~30 @Halle, Germany)
    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Regulators of stress-inducible prenyldiphosphate synthases that define types of terpenoids production in rice2019

    • 著者名/発表者名
      Miki Wada, Tomonori Shinya, Ivan Galis, Rika Ozawa, Gen-ichiro Arimura, Masaki Mori, Hideaki Nojiri, Kazunori Okada
    • 学会等名
      TERPNET 2019 - The 14th International Meeting on Biosynthesis, Function and Synthetic Biology of Isoprenoids (2019/8/26~30 @Halle, Germany)
    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Evolutionary history of gene clustering for diterpenoid phytoalexins in the tribe Oryzeae2019

    • 著者名/発表者名
      Kazunori Okada
    • 学会等名
      2nd China-Japan Joint Symposium on Natural Product Biosynthesis, January 14-15, 2019, Guangzhou, China (Jinan University)
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] 植物種を超えて存在するモミラクトン生合成遺伝子クラスター2019

    • 著者名/発表者名
      岡田憲典
    • 学会等名
      日本農芸化学会2019年度大会(シンポジウム)
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] イネの化学防御を担うモミラクトンBの作用機序に関する研究2019

    • 著者名/発表者名
      富田 啓介、松尾 安浩、川向 誠、八代田 陽子、松本 健、吉田 稔、野尻 秀昭、岡田 憲典
    • 学会等名
      日本農芸化学会2019年度大会
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
  • [学会発表] 野生イネにも保存されているファイトアレキシン生産制御因子DPFの機能解析2019

    • 著者名/発表者名
      冨山 詩歩、川原 玲香、宮本 皓司、山根 久和、豊増 知伸、野尻 秀昭、岡田 憲典
    • 学会等名
      日本農芸化学会2019年度大会
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
  • [学会発表] Conservation of inductive expression mechanism of diterpenoid phytoalexin biosynthetic gene clusters among the tribe Oryzeae2018

    • 著者名/発表者名
      Shiho Tomiyama, Ryouka Kawahara-Miki, Koji Miyamoto, Hisakazu Yamane, Hideaki Nojiri, Kazunori Okada
    • 学会等名
      16th International Symposium on Rice Functional Genomics, September 5-7, 2018, Tokyo, Japan
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] イネのストレス誘導型プレニル2リン酸合成酵素遺伝子の発現制御機構の解明2018

    • 著者名/発表者名
      和田 美樹, 田渕 雄夢, 森 昌樹, 野尻 秀昭, 岡田 憲典
    • 学会等名
      植物化学調節学会 2018年11月2-4日 (北海道大学)
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
  • [学会発表] ハイゴケにおけるモミラクトン生合成遺伝子クラスターの存在2018

    • 著者名/発表者名
      樋口 俊哉, 照屋 美優, 藤原 薫, 宮本 皓司, 山根 久和, 林 謙一郎, 川出 洋, Longjiang Fan, 野尻 秀昭, 岡田 憲典
    • 学会等名
      植物化学調節学会 2018年11月2-4日 (北海道大学)
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
  • [学会発表] イネ属に保存されている遺伝子クラスターの同調的発現制御機構2018

    • 著者名/発表者名
      冨山 詩歩, 川原 玲香, 宮本 皓司, 山根 久和, 野尻 秀昭, 岡田 憲典
    • 学会等名
      ■イネ遺伝学・分子生物学ワークショップ 2018年7月5-6日(国立遺伝学研究所)
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
  • [学会発表] Disrupting cis-region by CRISPR/Cas9 affects momilactones biosynthetic cluster genes regulation2017

    • 著者名/発表者名
      Yuri Yoshida, Koji Miyamoto, Hisakazu Yamane, Hideaki Nojiri, Kazunori Okada
    • 学会等名
      ゲノム編集学会
    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
  • [学会発表] Evolutionary insights into regulatory mechanisms of the phytoalexin biosynthetic gene cluster in rice2017

    • 著者名/発表者名
      Shiho Tomiyama, Ryouka Kawahara-Miki, Kaihei Koshio, Koji Miyamoto, Hisakazu Yamane, Longjiang Fan, Hideaki Nojiri, Kazunori Okada
    • 学会等名
      TERPNET2017
    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Conservation of inductive expression pattern of phytoalexins biosynthetic gene clusters in wild Oryza species2017

    • 著者名/発表者名
      Shiho Tomiyama, Ryouka Kawahara-Miki, Kaihei Koshio, Koji Miyamoto, Hisakazu Yamane, Hideaki Nojiri, Kazunori Okada
    • 学会等名
      ISRFG 2017
    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] An evolutionary point of view of the biosynthetic gene clusters formation for phytoalexins in rice and related species.2017

    • 著者名/発表者名
      Shiho Tomiyama, Ryouka Kawahara-Miki, Kaihei Koshio, Koji Miyamoto, Hisakazu Yamane, Jie Qiu, Longjiang Fan, Tomonobu Toyomasu, Nori Kurata, Hideaki Nojiri, Kazunori Okada
    • 学会等名
      ISRFG 2017
    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] 植物がつくりだす化学防御物質モミラクトンの分裂酵母に対する生育抑制効果2017

    • 著者名/発表者名
      富田 啓介,松尾 安浩,川向 誠,八代田 陽子,吉田 稔,三橋 渉,野尻 秀昭,岡田 憲典
    • 学会等名
      植物化学調節学会
    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
  • [学会発表] 様々な生物種の生育を抑制するジテルペノイド化合物モミラクトンの作用機序解析2017

    • 著者名/発表者名
      富田 啓介,松尾 安浩,川向 誠,八代田 陽子,吉田 稔,三橋 渉,野尻 秀昭,岡田 憲典
    • 学会等名
      日本農芸化学会
    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
  • [図書] 基礎から学ぶ植物代謝生化学2019

    • 著者名/発表者名
      水谷正治、士反伸和、杉山曉史(編)、岡田憲典・髙橋征司(分担執筆)
    • 総ページ数
      325
    • 出版者
      羊土社
    • ISBN
      9784758120906
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書

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公開日: 2017-04-28   更新日: 2021-02-19  

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