非古典的ストリゴラクトン生合成に関与するシトクロムP450酵素ファミリーの解析

• 研究課題/領域番号: 19H02892
• 研究種目: 基盤研究(B)
• 配分区分: 補助金
• 応募区分: 一般
• 審査区分: 小区分38040:生物有機化学関連
• 研究機関: 京都大学
• 研究代表者: 増口 潔 京都大学, 化学研究所, 助教 (00569725)
• 研究期間 (年度): 2019-04-01 – 2024-03-31
• 研究課題ステータス: 完了 (2023年度)
• 配分額: 16,770千円 (直接経費: 12,900千円、間接経費: 3,870千円); 2022年度: 2,860千円 (直接経費: 2,200千円、間接経費: 660千円); 2021年度: 2,600千円 (直接経費: 2,000千円、間接経費: 600千円); 2020年度: 2,470千円 (直接経費: 1,900千円、間接経費: 570千円); 2019年度: 6,240千円 (直接経費: 4,800千円、間接経費: 1,440千円)
• キーワード: 植物ホルモン / ストリゴラクトン / 生合成 / イネ

研究開始時の研究の概要

ストリゴラクトンは、根圏では根寄生植物や菌根菌に作用するアレロケミカル、植物体内では枝分かれなどを制御する植物ホルモンとして多面的に機能するユニークな生理活性分子である。
ストリゴラクトンは化学構造の多様性に富んでおり、最初に発見されたストリゴールをはじめとして、様々な植物から4つの環構造を有するストリゴラクトンが同定されてきた。一方、最近になってD環と呼ばれる環構造は保存されているものの、古典的なストリゴラクトンの化学構造とは異なる新しいタイプのストリゴラクトンがいくつかの植物種から報告されている。この新しいタイプのストリゴラクトンが、植物の体内でどのように生合成されるのかという点を追究する。

研究成果の概要

カロテノイド由来の植物分子であるストリゴラクトンは、根圏ではアーバスキュラー菌根菌や根寄生植物に対するアレロケミカル、植物体内では枝分かれや老化などを制御する植物ホルモンとして多面的に機能する。これまでに様々な植物から四環性ストリゴラクトンが単離・同定されてきたが、最近になって非四環性ストリゴラクトンも存在することが明らかになりつつある。
本研究では、四環性ストリゴラクトンを生合成することが知られていた栽培イネ（ジャポニカ亜種）より見出したシトクロムP450酸化酵素が、新規な非四環性ストリゴラクトン生合成酵素である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

農業上の主要作物である栽培イネ（ジャポニカ亜種）において、新規なストリゴラクトン生合成酵素を発見するとともに、本酵素がこれまで不明だった非四環性ストリゴラクトンの生合成に重要な役割を果たすことを明らかにした。
本成果を契機に、イネをモデル植物として四環性と非四環性の各ストリゴラクトン分子種の根圏アレロケミカルや植物ホルモンとしての生理的役割の解明が進むと考えられる。また、他の植物種における本酵素ホモログの解析を行うことで、新たな非四環性ストリゴラクトンが明らかになる可能性がある。

研究成果

• [国際共同研究] University of Amsterdam(オランダ)
• [雑誌論文] An ancestral function of strigolactones as symbiotic rhizosphere signals. (2022)
  • 著者名/発表者名: Kodama K, Rich k, Yoda A, Shimazaki S, Xie X, Akiyama K.,Mizuno Y, Komatsu A., Luo Y, Suzuki H, Kameoka H, Libourel C, Keller J, Sakakibara K, Nishiyama T, Nakagawa T, Mashiguchi K, Uchida K, Yoneyama K, Tanaka Y, Yamaguchi S, Shimamura M , Delaux P, Nomu
  • 雑誌名: Nature Communications 巻: 13 号: 1 ページ: 3974-3974
  • DOI: 10.1038/s41467-022-31708-3
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] 植物の枝分かれ調節ホルモン生合成における鍵酵素の発見 (2022)
  • 著者名/発表者名: 増口潔, 瀬戸義哉, 山口信次郎
  • 雑誌名: バイオサイエンスとインダストリー 巻: 80 (6) ページ: 480-482
• [雑誌論文] A carlactonoic acid methyltransferase that contributes to the inhibition of shoot branching in <i>Arabidopsis</i> (2022)
  • 著者名/発表者名: Mashiguchi Kiyoshi、Seto Yoshiya、Onozuka Yuta、Suzuki Sarina、Takemoto Kiyoko、Wang Yanting、Dong Lemeng、Asami Kei、Noda Ryota、Kisugi Takaya、Kitaoka Naoki、Akiyama Kohki、Bouwmeester Harro、Yamaguchi Shinjiro
  • 雑誌名: Proceedings of the National Academy of Sciences 巻: 119 号: 14
  • DOI: 10.1073/pnas.2111565119
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Synthesis and structure-activity relationship of 16,17-modified gibberellin derivatives (2022)
  • 著者名/発表者名: Ishida Toshiaki、Watanabe Bunta、Mashiguchi Kiyoshi、Yamaguchi Shinjiro
  • 雑誌名: Phytochemistry Letters 巻: 49 ページ: 162-166
  • DOI: 10.1016/j.phytol.2022.03.022
  • 査読あり
• [雑誌論文] Strigolactone biosynthesis, transport and perception (2020)
  • 著者名/発表者名: Mashiguchi Kiyoshi、Seto Yoshiya、Yamaguchi Shinjiro
  • 雑誌名: The Plant Journal 巻: 105 号: 2 ページ: 335-350
  • DOI: 10.1111/tpj.15059
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Mechanism of delayed seed germination caused by high temperature during grain filling in rice (Oryza sativa L.) (2020)
  • 著者名/発表者名: Suriyasak Chetphilin、Oyama Yui、Ishida Toshiaki、Mashiguchi Kiyoshi、Yamaguchi Shinjiro、Hamaoka Norimitsu、Iwaya-Inoue Mari、Ishibashi Yushi
  • 雑誌名: Scientific Reports 巻: 10 号: 1 ページ: 17378-17378
  • DOI: 10.1038/s41598-020-74281-9
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [学会発表] イネにおけるカーラクトン酸メチル基転移酵素の機能解析 (2023)
  • 著者名/発表者名: 増口潔, 櫻井優姫, 北岡直樹, 山口信次郎
  • 学会等名: 第64回日本植物生理学会年会
• [学会発表] イネにおける非典型的ストリゴラクトン生合成酵素の機能解析 (2022)
  • 著者名/発表者名: 増口潔, 小林峻大, 北岡直樹, 谷口浩規, 橋田丈徳, 徳永浩樹, 経塚淳子, 秋山康紀, 山口信次郎
  • 学会等名: 第63回日本植物生理学会年会
• [学会発表] Activation of strigolactone biosynthesis by the DWARF14-LIKE pathway in rice (2021)
  • 著者名/発表者名: Mashiguchi K, Morita R, Tanaka K, Kameoka H, Kyozuka J, Seto Y, Yamaguchi S
  • 学会等名: Pacifichem 2021
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] EUIとEUI2を介したイネのジベレリン不活性化機構の解析 (2021)
  • 著者名/発表者名: 石田俊晃, 札野翔子, Zhang Y, Zhu H, Zhang S, He Z, 瀬戸義哉, 増口潔, 山口信次郎
  • 学会等名: 第62回日本植物生理学会年会
• [学会発表] シロイヌナズナにおけるCLAMTとLBOが関与するストリゴラクトン生合成の解析 (2020)
  • 著者名/発表者名: 竹本貴世子, 鈴木紗理奈, 野田涼太, 増口潔, 山口信次郎
  • 学会等名: 植物化学調節学会第55回大会
• [学会発表] ヒメツリガネゴケにおけるCYP78Aの機能とオーキシンの関係性 (2020)
  • 著者名/発表者名: 竹元廣大, 増口潔, 山口信次郎
  • 学会等名: 植物化学調節学会第55回大会
• [学会発表] DWARF14-LIKE経路はストリゴラクトン生合成を制御する (2020)
  • 著者名/発表者名: 増口潔, 森田諒, 田中海, 亀岡啓, 経塚淳子, 瀬戸義哉, 山口信次郎
  • 学会等名: 第61回日本植物生理学会年会
• [学会発表] Transcriptome analysis of CYP78A11/PLA1-regulated genes in rice (2019)
  • 著者名/発表者名: Mashiguchi K, Ishiwari K, Hase K, Toriba T, Hibara K-i, Kyozuka J, Yamaguchi S.
  • 学会等名: The 23rd International Plant Growth Substances Association (IPGSA) meeting
  • 国際学会
• [学会発表] イネにおける新規ストリゴラクトン生合成酵素の機能解析 (2019)
  • 著者名/発表者名: 小林峻大, 北岡直樹, 森愛美, 橋田丈徳, 徳永浩樹, 経塚淳子, 秋山康紀, 増口潔, 山口信次郎
  • 学会等名: 植物化学調節学会第54回大会
• [備考] 所属研究室ホームページ
  • URL: https://www.scl.kyoto-u.ac.jp/~plant/index.html
• [備考] 研究成果の紹介ページ
  • URL: https://www.kyoto-u.ac.jp/ja/research-news/2022-03-30-0
• [備考] 研究室ホームページ
  • URL: https://www.scl.kyoto-u.ac.jp/~plant/index.html