化学遺伝学的手法によるアブシジン酸シグナル伝達機構の解明

• 研究課題/領域番号: 17H05009
• 研究種目: 若手研究(A)
• 配分区分: 補助金
• 研究分野: 植物分子・生理科学
• 研究機関: 宇都宮大学
• 研究代表者: 岡本 昌憲 宇都宮大学, バイオサイエンス教育研究センター, 准教授 (50455333)
• 研究期間 (年度): 2017-04-01 – 2021-03-31
• 研究課題ステータス: 完了 (2020年度)
• 配分額: 25,870千円 (直接経費: 19,900千円、間接経費: 5,970千円); 2020年度: 5,720千円 (直接経費: 4,400千円、間接経費: 1,320千円); 2019年度: 5,720千円 (直接経費: 4,400千円、間接経費: 1,320千円); 2018年度: 5,720千円 (直接経費: 4,400千円、間接経費: 1,320千円); 2017年度: 8,710千円 (直接経費: 6,700千円、間接経費: 2,010千円)
• キーワード: アブシシン酸 / 植物ホルモン / 受容体 / アゴニスト / シロイヌナズナ / コムギ / 乾燥ストレス / 植物生理学 / 分子生物学 / ケミカルバイオロジー / アンタゴニスト / シグナル伝達 / 寄生植物 / アブシジン酸 / 乾燥 / ストレス応答

研究成果の概要

アブシシン酸(ABA)受容体は、多数の遺伝子ファミリーを形成している。移動性のない植物は、陸上で多様な環境ストレスに曝されるが、ABA受容体が数多く出現したことで、陸上での生存を有利にしたと考えられる。ABA受容体はABAに対して高い親和性を有する単量体型 (サブクラスIとII)と、低い親和性を有する二量体型 (サブクラスIII)に分類される。二量体型受容体に選択的に作用するアゴニストの開発やゲノム編集を用いたサブタイプ別の変異株開発を通じて、二量体型受容体が乾燥ストレス応答や成長などの主要なABAの応答に関わり、一方で、単量体型は二量体型の機能を補足する役目があることが明らかとなった。

研究成果の学術的意義や社会的意義

植物が獲得した初期のABA受容体はABAに対して親和性が高く、このタイプの受容体は環境ストレスに応じて変動するABAのシグナル強度を十分に活用できないものであったと推測される。進化の過程で、被子植物がABA受容体のABAに対する親和性を低下させたことで、様々な環境ストレスに応じて変動するABAをストレスシグナル分子として利用できるようになり、その結果、変動する環境下でも柔軟に適応して生存する能力を獲得したと推測される。本研究成果は、ABA受容体を低親和性に改良することで、振れ幅の大きい環境にも柔軟に耐えうる作物創出の可能性を提案するものである。

研究成果

• [雑誌論文] Ligand-receptor interactions in plant hormone signaling (2021)
  • 著者名/発表者名: Takeuchi Jun、Fukui Kosuke、Seto Yoshiya、Takaoka Yousuke、Okamoto Masanori
  • 雑誌名: The Plant Journal 巻: 105 号: 2 ページ: 290-306
  • DOI: 10.1111/tpj.15115
  • NAID: 120006941098
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] 寄生植物ストライガの養水分奪取機構の解明 (2020)
  • 著者名/発表者名: 岡本昌憲，藤岡聖，杉本幸裕
  • 雑誌名: 化学と生物 巻: 58 号: 3 ページ: 138-140
  • DOI: 10.1271/kagakutoseibutsu.58.138
  • NAID: 130007992996
  • ISSN: 0453-073X, 1883-6852
  • 年月日: 2020-03-01
• [雑誌論文] アブシシン酸受容体の利用による節水性と耐乾性を兼ね備えたコムギの開発 (2020)
  • 著者名/発表者名: 妻鹿 良亮、岡本昌憲
  • 雑誌名: 植物の生長調節 巻: 155 ページ: 126-130
  • NAID: 130008131341
• [雑誌論文] フィールドにおける生命現象の解明とその制御に向けた基盤技術の創出 (2020)
  • 著者名/発表者名: 山内卓樹、藤井壮太、岡本昌憲、田中佑、水多陽子、晝間敬、吉田健太郎、山本英司、大西孝幸、犬飼義明
  • 雑誌名: 育種学研究 巻: 22 ページ: 75-82
  • NAID: 130007869255
• [雑誌論文] アブシシン酸アゴニストの理論設計 (2020)
  • 著者名/発表者名: 岡本昌憲、竹内純、轟泰司
  • 雑誌名: 植物の生長調節 巻: 155 ページ: 40-45
  • NAID: 130008060507
• [雑誌論文] 寄生植物ストライガの養水分奪取機構の解明 (2020)
  • 著者名/発表者名: 岡本昌憲、 藤岡聖、 杉本幸裕
  • 雑誌名: 化学と生物 巻: 158 ページ: 138-140
• [雑誌論文] How dose Striga hermonthica bewitch its hosts? (2019)
  • 著者名/発表者名: Hijiri Fujioka, Hiroaki Samejima, Masaharu Mizutani, Masanori Okamoto, Yukihiro Sugimoto
  • 雑誌名: Plant Signaling & Behavior 巻: 14 号: 7 ページ: 1-2
  • DOI: 10.1080/15592324.2019.1605810
  • 査読あり
• [雑誌論文] Genetic manipulation of abscisic acid receptors enables modulation of water use efficiency. (2019)
  • 著者名/発表者名: Mega R. Tsujimoto H. Okamoto M.
  • 雑誌名: Plant Signaling & Behavior 巻: 14 号: 10 ページ: e1642039-e1642039
  • DOI: 10.1080/15592324.2019.1642039
  • 査読あり
• [雑誌論文] Dynamic control of plant water use using designed ABA receptor agonists (2019)
  • 著者名/発表者名: Vaidya AS. Helander JDM. Peterson FC. Elzinga D. Dejonghe W. Kaundal A. Park SY. Xing Z. Mega R. Takeuchi J. Khanderahoo B. Bishay S. Volkman BF. Todoroki Y. Okamoto M. Cutler SR.
  • 雑誌名: Science 巻: 366 号: 6464
  • DOI: 10.1126/science.aaw8848
  • 査読あり
• [雑誌論文] Tuning water-use efficiency and drought tolerance in wheat using abscisic acid receptors (2019)
  • 著者名/発表者名: Ryosuke Mega, Fumitaka Abe, June-Sik Kim, Yuuri Tsuboi, Keisuke Tanaka, Hisato Kobayashi, Yoichi Sakata, Kousuke Hanada, Hisashi Tsujimoto, Jun Kikuchi, Sean R. Cutler & Masanori Okamoto
  • 雑誌名: Nature Plants 巻: 5 号: 2 ページ: 153-159
  • DOI: 10.1038/s41477-019-0361-8
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Aberrant protein phosphatase 2C leads to ABA insensitivity and high transpiration in parasitic Striga (2019)
  • 著者名/発表者名: Hijiri Fujioka, Hiroaki Samejima, Hideyuki Suzuki, Masaharu Mizutani, Masanori Okamoto, Yukihiro Sugimoto
  • 雑誌名: Nature Plants 巻: 5 号: 3 ページ: 258-262
  • DOI: 10.1038/s41477-019-0362-7
  • 査読あり
• [雑誌論文] Structure-Based Chemical Design of Abscisic Acid Antagonists That Block PYL?PP2C Receptor Interactions (2018)
  • 著者名/発表者名: Takeuchi Jun、Mimura Naoki、Okamoto Masanori、Yajima Shunsuke、Sue Masayuki、Akiyama Tomonori、Monda Keina、Iba Koh、Ohnishi Toshiyuki、Todoroki Yasushi
  • 雑誌名: ACS Chemical Biology 巻: 13 号: 5 ページ: 1313-1321
  • DOI: 10.1021/acschembio.8b00105
  • 査読あり
• [雑誌論文] AtPep3 is a hormone-like peptide that plays a role in the salinity stress tolerance of plants (2018)
  • 著者名/発表者名: Nakaminami Kentaro、Okamoto Masanori、Higuchi-Takeuchi Mieko、Yoshizumi Takeshi、Yamaguchi Yube、Fukao Yoichiro、Shimizu Minami、Ohashi Chihiro、Tanaka Maho、Matsui Minami、Shinozaki Kazuo、Seki Motoaki、Hanada Kousuke
  • 雑誌名: Proceedings of the National Academy of Sciences 巻: 115 号: 22 ページ: 5810-5815
  • DOI: 10.1073/pnas.1719491115
  • 査読あり
• [雑誌論文] Conversion of carlactone to carlactonoic acid is a conserved function of MAX1 homologs in strigolactone biosynthesis. (2018)
  • 著者名/発表者名: Yoneyama K, Mori N, Sato T, Yoda A, Xie X, Okamoto M, Iwanaga M, Ohnishi T, Nishiwaki H, Asami T, Yokota T, Akiyama K, Yoneyama K, Nomura T.
  • 雑誌名: New Phytol. 巻: 218 号: 4 ページ: 1522-1533
  • DOI: 10.1111/nph.15055
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Small Molecule Probes of ABA Biosynthesis and Signaling (2018)
  • 著者名/発表者名: Dejonghe Wim、Okamoto Masanori、Cutler Sean R
  • 雑誌名: Plant and Cell Physiology 巻: 59 号: 8 ページ: 1490-1499
  • DOI: 10.1093/pcp/pcy126
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Chemical Control of ABA Receptors to Enable Plant Protection Against Water Stress (2018)
  • 著者名/発表者名: Okamoto Masanori、Cutler Sean R.
  • 雑誌名: Plant Chemical Genomics 巻: - ページ: 127-141
  • DOI: 10.1007/978-1-4939-7874-8_11
  • ISBN: 9781493978731, 9781493978748
  • 国際共著
• [雑誌論文] Novel biotin linker with alkyne and amino groups for chemical labelling of a target protein of a bioactive small molecule (2018)
  • 著者名/発表者名: omoaki Anabuki, Miu Tsukahara, Masanori Okamoto, Hideyuki Matsuura, Kosaku Takahashi
  • 雑誌名: Bioorganic & medicinal chemistry letters 巻: 28 号: 4 ページ: 783-786
  • DOI: 10.1016/j.bmcl.2017.12.055
  • 査読あり
• [雑誌論文] Efficient anchoring of alien chromosome segments introgressed into bread wheat by new Leymus racemosus genome-based markers (2018)
  • 著者名/発表者名: Edet Offiong Ukpong、Kim June-Sik、Okamoto Masanori、Hanada Kousuke、Takeda Tomoyuki、Kishii Masahiro、Gorafi Yasir Serag Alnor、Tsujimoto Hisashi
  • 雑誌名: BMC Genetics 巻: 19 号: 1 ページ: 18-18
  • DOI: 10.1186/s12863-018-0603-1
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] RNA-Seq using bulked recombinant inbred line populations uncovers the importance of brassinosteroid for seed longevity after priming treatments (2017)
  • 著者名/発表者名: Naoto Sano, June-Sik Kim, Yoshihiko Onda, Takahito Nomura, Keiichi Mochida, Masanori Okamoto, Mitsunori Seo
  • 雑誌名: Scientific reports 巻: 14 号: 1 ページ: 8095-8095
  • DOI: 10.1038/s41598-017-08116-5
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] A Highly Specific Genome-Wide Association Study Integrated with Transcriptome Data Reveals the Contribution of Copy Number Variations to Specialized Metabolites in Arabidopsis thaliana Accessions (2017)
  • 著者名/発表者名: Kazumasa Shirai, Fumio Matsuda, Ryo Nakabayashi, Masanori Okamoto, Maho Tanaka, Akihiro Fujimoto, Minami Shimizu, Kazuo Shinozaki, Motoaki Seki, Kazuki Saito, Kousuke Hanada
  • 雑誌名: Molecular biology and evolution 巻: 34 号: 12 ページ: 3111-3122
  • DOI: 10.1093/molbev/msx234
  • 査読あり
• [学会発表] Tuning water use efficiency and drought tolerance in wheat using abscisic acid receptors (2021)
  • 著者名/発表者名: Okamoto M.
  • 学会等名: International Workshop on Optics, Biology, and Related Technologies
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] 植物の乾燥ストレス応答を制御する分子開発 (2021)
  • 著者名/発表者名: 岡本昌憲
  • 学会等名: 第46回日本農薬学会シンポジウム
  • 招待講演
• [学会発表] 多様なアブシシン酸受容体の生理機能の解明を目指した人工分子の開発と利用 (2021)
  • 著者名/発表者名: 岡本昌憲
  • 学会等名: 第62回 日本植物生理学会シンポジウム
  • 招待講演
• [学会発表] シロイヌナズナにおけるアブシシン酸不活性化鍵酵素の機能解析. (2020)
  • 著者名/発表者名: 宮田百華, 妻鹿良亮, 金俊植, 瀬尾光範, 南原英司, 岡本昌憲
  • 学会等名: 第61回日本植物生理学会
• [学会発表] Tuning water use efficiency and drought tolerance in wheat using ABA receptors (2019)
  • 著者名/発表者名: Okamoto M
  • 学会等名: 23th The International Plant Growth Substances Association Conference
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] アブシシン酸感受性の向上によるコムギの水利用効率と耐乾性の改良 (2019)
  • 著者名/発表者名: 岡本昌憲
  • 学会等名: 第61回日本育種学会シンポジウム
  • 招待講演
• [学会発表] Functional analysis of Arabidopsis CYP707As, which encode key enzymes for ABA catabolism. (2019)
  • 著者名/発表者名: Miyata M., Mega R., Kim JK., Seo M., Nambara E., Okamoto M.
  • 学会等名: 23th The International Plant Growth Substances Association Conference
• [学会発表] 生植物ストライガのアブシシン酸シグナル伝達因子の機能解析. (2019)
  • 著者名/発表者名: 福原大晶、藤岡 聖、杉本幸裕、岡本昌憲
  • 学会等名: 植物化学調節学会第54回大会
• [学会発表] アブシシン酸受容体がもたらすコムギ病害抵抗性機構の解析. (2019)
  • 著者名/発表者名: 嶋崎太一、金俊植、妻鹿良亮、安倍史高、山根久和、吉田健太郎、岡本昌憲
  • 学会等名: 植物化学調節学会第54回大会
• [学会発表] コムギのアブシシン酸受容体過剰発現による光合成速度の促進. (2019)
  • 著者名/発表者名: 妻鹿良亮、安倍史高、金俊植、田中啓介、小林久人、坂田洋一、辻本壽、岡本昌憲
  • 学会等名: 植物化学調節学会第54回大会
• [学会発表] シロイヌナズナにおけるアブシシン酸不活性化鍵酵素の機能解析. (2019)
  • 著者名/発表者名: 宮田百華、妻鹿良亮、金俊植、瀬尾光範、南原英司、岡本昌憲
  • 学会等名: 植物化学調節学会第54回大会
• [学会発表] ゲノム編集を利用したアブシシン酸受容体サブファミリータイプ別多重変異株の作成. (2019)
  • 著者名/発表者名: 岡本昌憲、嶋﨑太一
  • 学会等名: 植物化学調節学会第54回大会
• [学会発表] アブシジン酸受容体を利用したコムギの水利用効率と耐乾性の改良 (2019)
  • 著者名/発表者名: 岡本昌憲，安倍史高，菊地淳，妻鹿亮介
  • 学会等名: 第60回 日本植物生理学会
• [学会発表] 植物ホルモンアブシジン酸の生理作用を制御する化合物開発と利用 (2018)
  • 著者名/発表者名: 岡本 昌憲
  • 学会等名: 新学術領域「分子夾雑の生命化学」関東地区シンポジウム
  • 招待講演
• [学会発表] アブシジンの生理作用を制御する化合物開発と利用 (2018)
  • 著者名/発表者名: 岡本 昌憲
  • 学会等名: 第57回 日本植物生理学会
• [学会発表] "Chemical regulation in ABA metabolism and signaling" (2017)
  • 著者名/発表者名: Okamoto Masanori
  • 学会等名: "ISHS 13th International Symposium on Plant Bioregulators in Fruit Production "
  • 国際学会 / 招待講演
• [備考] 干ばつに強く、水を節約して育つコムギの開発に成功
  • URL: https://www.jst.go.jp/pr/announce/20190209/index.html
• [備考] 食糧生産に甚大な被害をもたらす寄生植物ストライガの養水分収奪機構を解明
  • URL: https://www.jst.go.jp/pr/announce/20190226/index.html