植物ホルモン・ストリゴラクトン作用機構を利用した有用形質制御に資する分子基盤研究

• 研究課題/領域番号: 17K15258
• 研究種目: 若手研究(B)
• 配分区分: 基金
• 研究分野: 応用生物化学
• 研究機関: 東京大学
• 研究代表者: 平林 佳 東京大学, 大学院農学生命科学研究科(農学部), 特別研究員 (00778730)
• 研究期間 (年度): 2017-04-01 – 2019-03-31
• 研究課題ステータス: 完了 (2018年度)
• 配分額: 4,290千円 (直接経費: 3,300千円、間接経費: 990千円); 2018年度: 2,080千円 (直接経費: 1,600千円、間接経費: 480千円); 2017年度: 2,210千円 (直接経費: 1,700千円、間接経費: 510千円)
• キーワード: 植物ホルモン / X線結晶構造解析 / 構造生物学 / ストリゴラクトン

研究成果の概要

ストリゴラクトンは植物ホルモンの一種で、「枝分かれ」という有用な形質制御を担っており、ストリゴラクトン機能の薬剤による化学的制御は農業分野での応用が期待されている。
本研究では、ストリゴラクトン受容タンパク質D14に結合する阻害剤の候補化合物を開発した。そして各種の生化学的な試験、またイネを使った植物実験を経て、より強力な阻害活性を示す派生化合物の創製にも成功した。またその過程において、逆の作用（促進活性）を示す派生化合物も発見した。さらにX線結晶構造解析から、この阻害/促進の変換を可能とする構造基盤について明らかにした。

研究成果の学術的意義や社会的意義

ストリゴラクトンは比較的最近になって発見された植物ホルモンで、まだまだ開発が遅れており、農業分野での応用研究が強く望まれている。しかしながら、自然界でのソースは限られており、合成コストも高いため、より単純で効率的な制御剤の開発が期待されている。
本研究で開発された新規制御剤は、簡便に合成できるだけでなく、阻害/促進の変換を可能とする画期的なものであり、農業適用にとって潜在的に強力なツールとなることは間違いない。またストリゴラクトン受容に関する複雑なメカニズムの解明（基礎研究の適用）にも極めて有用であることが予想される。

研究成果

• [国際共同研究] King Abdullah University/of Science and Technology(サウジアラビア)
• [国際共同研究] King Abdullah University/of Science and Technology(Saudi Arabia)
• [雑誌論文] Triazole Ureas Covalently Bind to Strigolactone Receptor and Antagonize Strigolactone Responses (2019)
  • 著者名/発表者名: Nakamura Hidemitsu、Hirabayashi Kei、Miyakawa Takuya、Kikuzato Ko、Hu Wenqian、Xu Yuqun、Jiang Kai、Takahashi Ikuo、Niiyama Ruri、Dohmae Naoshi、Tanokura Masaru、Asami Tadao
  • 雑誌名: Molecular Plant 巻: 12 号: 1 ページ: 44-58
  • DOI: 10.1016/j.molp.2018.10.006
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] 金属補因子である鉄硫黄クラスターの機能と生合成メカニズム (2018)
  • 著者名/発表者名: HIRABAYASHI Kei
  • 雑誌名: 日本結晶学会誌 巻: 60 号: 4 ページ: 165-166
  • DOI: 10.5940/jcrsj.60.165
  • NAID: 130007472782
  • ISSN: 0369-4585, 1884-5576
  • 年月日: 2018-08-31
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Rationally Designed Strigolactone Analogs as Antagonists of the D14 Receptor (2018)
  • 著者名/発表者名: Takeuchi Jun、Jiang Kai、Hirabayashi Kei、Imamura Yusaku、Wu Yashan、Xu Yuqun、Miyakawa Takuya、Nakamura Hidemitsu、Tanokura Masaru、Asami Tadao
  • 雑誌名: Plant and Cell Physiology 巻: 59 号: 8 ページ: 1545-1554
  • DOI: 10.1093/pcp/pcy087
  • NAID: 120006549589
  • 査読あり
• [雑誌論文] Structural basis for brassinosteroid response by BIL1/BZR1 (2018)
  • 著者名/発表者名: Nosaki Shohei、Miyakawa Takuya、Xu Yuqun、Nakamura Akira、Hirabayashi Kei、Asami Tadao、Nakano Takeshi、Tanokura Masaru
  • 雑誌名: Nature Plants 巻: 4 号: 10 ページ: 771-776
  • DOI: 10.1038/s41477-018-0255-1
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Mapping the key residues of SufB and SufD essential for biosynthesis of iron-sulfur clusters (2017)
  • 著者名/発表者名: Yuda Eiki、Tanaka Naoyuki、Fujishiro Takashi、Yokoyama Nao、Hirabayashi Kei、Fukuyama Keiichi、Wada Kei、Takahashi Yasuhiro
  • 雑誌名: Scientific Reports 巻: 7 号: 1 ページ: 9387-9387
  • DOI: 10.1038/s41598-017-09846-2
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Methyl phenlactonoates are efficient strigolactone analogs with simple structure (2017)
  • 著者名/発表者名: Jamil M., Kountche A. B., Haider I., Guo X., Ntui O. V., Jia K., Ali S., Hameed S. U., Nakamura H., Lyu Y., Jiang K., Hirabayashi K., Tanokura M., Arold T. S., Asami T., Al-Babili S.
  • 雑誌名: Journal of Experimental Botany 巻: erx438 号: 9 ページ: 2319-2331
  • DOI: 10.1093/jxb/erx438
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] 擬似的微小重力環境の設計と結晶化 (2017)
  • 著者名/発表者名: 中村顕、平林佳、田之倉優
  • 雑誌名: 日本結晶学会誌 巻: 59 号: 4 ページ: 182-187
  • DOI: 10.5940/jcrsj.59.182
  • NAID: 130006032034
  • ISSN: 0369-4585, 1884-5576
  • 査読あり / オープンアクセス
• [学会発表] Structural approach to the regulatory mechanism by novel covalent antagonists of strigolactone receptor (2019)
  • 著者名/発表者名: Hirabayashi K., Nakamura H., Miyakawa T., Xu Y., Kikuzato K., Hu W., Jiang K., Asami T., Tanokura M.
  • 学会等名: The 1st International Symposium on the Chemical Communication (ISCC2019)（ポスター発表）
  • 国際学会
• [学会発表] Chemical regulation of strigolactone responses in plants (2019)
  • 著者名/発表者名: Nakamura H., Hirabayashi K., Kikuzato K., Hu W., Niiyama R., Sakai T., Xu Y., Jiang K., Takahashi I., Dohmae N., Miyakawa T., Tanokura M., Asami T.
  • 学会等名: The 1st International Symposium on the Chemical Communication (ISCC2019)（ポスター発表）
  • 国際学会
• [学会発表] ストリゴラクトン受容体アンタゴニストcarba-SLsの創出 (2018)
  • 著者名/発表者名: 竹内純、姜凱、平林佳、今村優作、呉雅珊、徐玉群、宮川拓也、中村英光、田之倉優、浅見忠男
  • 学会等名: 日本農薬学会第43回大会（口頭発表）
• [学会発表] ストリゴラクトン情報伝達系における新規制御剤作用機構の構造基盤 (2018)
  • 著者名/発表者名: 平林佳、宮川拓也、徐玉群、中村英光、喜久里貢、胡文倩、姜凱、浅見忠男、田之倉優
  • 学会等名: 第91回日本生化学会年会（口頭発表）
• [学会発表] 植物特異的なBZR転写因子ファミリーのDNA結合特異性の構造基盤 (2018)
  • 著者名/発表者名: 野﨑 翔平、宮川拓也、徐玉群、中村顕、平林佳、浅見忠男、中野雄司、田之倉優
  • 学会等名: 日本農芸化学会関東支部2018年度大会（口頭発表）
• [学会発表] ブラシノステロイド情報伝達におけるマスター転写因子BIL1/BZR1のDNA結合特異性の構造基盤 (2018)
  • 著者名/発表者名: 野﨑 翔平、宮川拓也、徐玉群、中村顕、平林佳、浅見忠男、中野雄司、田之倉優
  • 学会等名: 植物化学調節学会第53回大会（口頭発表）
• [学会発表] 生命活動に必須な金属補因子である鉄硫黄クラスターの組立における硫黄源の供給機構 (2018)
  • 著者名/発表者名: 湯田瑛樹、平林佳、田中尚志、藤城貴史、横山奈央、福山恵一、湯井敏文、高橋康弘、和田啓
  • 学会等名: 日本結晶学会平成30年度年会（口頭発表）
• [学会発表] ストリゴラクトン情報伝達系における新規制御剤作用機構の構造基盤 (2018)
  • 著者名/発表者名: 平林佳、宮川拓也、徐玉群、中村英光、喜久里貢、胡文倩、姜凱、浅見忠男、田之倉優
  • 学会等名: 第91回日本生化学会年会（ポスター発表）
• [学会発表] 超好熱性細菌の鉄硫黄クラスター生合成タンパク質群のX線結晶構造解析 (2018)
  • 著者名/発表者名: 國近航平、藤城貴史、山川誠、平林佳、岩永朋子、福山恵一、和田啓、高橋康弘
  • 学会等名: 第91回日本生化学会年会（ポスター発表）
• [学会発表] 植物ホルモン・ストリゴラクトン情報伝達系を制御する新規薬剤の開発と作用機構 (2018)
  • 著者名/発表者名: 平林佳、宮川拓也、徐玉群、中村英光、喜久里貢、胡文倩、姜凱、浅見忠男、田之倉優
  • 学会等名: 日本結晶学会平成30年度年会（ポスター発表）
• [学会発表] Novel Insights into Bacterial Iron-Sulfur Cluster Biosynthesis Systems (2018)
  • 著者名/発表者名: Takahashi Y., Yokoyama N., Fujishiro T., Yuda E., Tanaka N., Hirabayashi K., Wada K.
  • 学会等名: Iron-Sulfur Proteins―Biogenesis, Regulation and Function (39th Steenbock Symposium)（口頭発表）
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Structural and Functional Analyses of E. coli SufBCD complex (2018)
  • 著者名/発表者名: Wada K., Yuda E., Hirabayashi K., Tanaka N., Fujishiro T., Yokoyama N., Fukuyama K., Takahashi Y.
  • 学会等名: Iron-Sulfur Proteins―Biogenesis, Regulation and Function (39th Steenbock Symposium)（ポスター発表）
  • 国際学会
• [学会発表] Structural basis for the regulation by novel chemical compounds involved in strigolactone signaling (2018)
  • 著者名/発表者名: Hirabayashi K., Miyakawa T., Xu Y., Nakamura H., Kikuzato K., Hu W., Jiang K., Asami T., Tanokura M.
  • 学会等名: AsCA 2018/CRYSTAL 32（ポスター発表）
  • 国際学会
• [学会発表] Crystal structure of the substrate bound form of biliverdin reductase with unpredicted substrate-stacked geometry revealed unique reaction mechanism (2018)
  • 著者名/発表者名: Takao H., Hirabayashi K., Harada J., Sato H., Fukuyama K., Sugishima M., Wada K.
  • 学会等名: AsCA 2018/CRYSTAL 32（ポスター発表）
  • 国際学会
• [学会発表] SufBCD複合体への変異導入解析から見えてきた鉄硫黄クラスターの生合成機構 (2017)
  • 著者名/発表者名: 湯田瑛樹、田中尚志、藤城貴史、平林佳、福山恵一、和田啓、高橋康弘
  • 学会等名: ConBio2017（2017年度 生命科学系学会合同年次大会）
• [備考] 植物の枝分かれをコントロールする新しい薬剤の開発
  • URL: https://www.a.u-tokyo.ac.jp/topics/2018/20181122-1.html
• [備考] 植物ホルモンのマスター転写因子BIL1/BZR1の特異的な立体構造を解明
  • URL: https://www.a.u-tokyo.ac.jp/topics/2018/20181002-1.html