枝分かれ抑制ホルモンの実体解明を目指すストリゴラクトンBC環形成機構の解明

• 研究課題/領域番号: 19H02897
• 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: 神戸大学
• 研究代表者: 杉本 幸裕 神戸大学, 農学研究科, 教授 (10243411)
• 研究分担者: 滝川 浩郷 東京大学, 大学院農学生命科学研究科(農学部), 教授 (40271332) ; 水谷 正治 神戸大学, 農学研究科, 准教授 (60303898)
• 研究期間 (年度): 2019-04-01 – 2022-03-31
• 研究課題ステータス: 完了 (2021年度)
• 配分額: 17,680千円 (直接経費: 13,600千円、間接経費: 4,080千円); 2021年度: 3,380千円 (直接経費: 2,600千円、間接経費: 780千円); 2020年度: 4,160千円 (直接経費: 3,200千円、間接経費: 960千円); 2019年度: 10,140千円 (直接経費: 7,800千円、間接経費: 2,340千円)
• キーワード: ストリゴラクトン / ストリトラクトン / オロバンコール / デオキシストリゴール / 立体制御

研究開始時の研究の概要

ストリゴラクトン（SL）は、根寄生雑草の種子発芽刺激活性を指標にして植物の根分泌物から単離されてきた、一連の構造類縁体の総称である。様々な植物で枝分かれ過剰の表現型を示す変異体が解析され、原因物質としてSLが想定され、合成SL類縁体であるGR24がそれら変異体の表現型を回復したことから、SLは枝分かれ抑制活性を有すると考えられている。しかし、植物体内で機能している化合物は明らかになっていない。本研究は、SLの骨格形成の鍵となるBC環形成反応を司る酵素に関する知見を活用して、植物を形質転換することによりSL生合成を制御し、個体の形態とSLプロファイルの関係を調べる。

研究成果の概要

ストリゴラクトン（SL）のBC環形成反応に関わる酵素としてササゲ、トマト、ワタからCYP722Cを同定した。CYP722Cをノックアウトしたトマト個体（SlCYP722C ko）の根滲出物ではorobancholが検出されず、代わってカ―ラクトン酸（CLA）の蓄積が確認された。また、地上部の形態に顕著な変化は認められなかった。このことから、枝分かれ抑制活性にBC環は必須ではなく、活性本体はCLAから派生すると考えられた。SlCYP722C koに認められた、既知のSLとは異なる、ストライガ種子発芽活性を有する画分をさらに精製することで、枝分かれ抑制ホルモンの構造に迫ることが期待される。

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、植物地上部の枝分かれを制御する活性を有するとともに、根圏情報物質としても知られている。本研究により、ストリゴラクトン生合成に関わる重要な酵素を見出し、それをノックアウトすることでトマトの形態は変化させることなく、根寄生雑草の種子発芽に対する根分泌物の刺激活性を低下させることに成功した。この成果は、新規な生合成酵素を分子レベルで解明し、生成物が枝分かれ抑制活性に必須ではないことを示した点で学術的意義がある。さらに、地球規模で農業に甚大な被害をもたらしている根寄生雑草の害を軽減する新規の方策を示したという点で社会的な意義も大きい。

研究成果

• [雑誌論文] Specific methylation of (11R)-carlactonoic acid by an Arabidopsis SABATH methyltransferase (2021)
  • 著者名/発表者名: Wakabayashi Takatoshi、Yasuhara Ryo、Miura Kenji、Takikawa Hirosato、Mizutani Masaharu、Sugimoto Yukihiro
  • 雑誌名: Planta 巻: 254 号: 5 ページ: 88-88
  • DOI: 10.1007/s00425-021-03738-6
  • 査読あり
• [雑誌論文] Synthesis of racemic orobanchols via acid-mediated cascade cyclization: Insight into the process of BC-ring formation in strigolactone biosynthesis (2021)
  • 著者名/発表者名: Shiotani Nanami、Wakabayashi Takatoshi、Ogura Yusuke、Okamura Hironori、Sugimoto Yukihiro、Takikawa Hirosato
  • 雑誌名: Tetrahedron Letters 巻: 85 ページ: 153469-153469
  • DOI: 10.1016/j.tetlet.2021.153469
  • 査読あり
• [雑誌論文] CYP722C from Gossypium arboreum catalyzes the conversion of carlactonoic acid to 5-deoxystrigol (2020)
  • 著者名/発表者名: Takatoshi Wakabayashi, Kasumi Shida, Yurie Kitano, Hirosato Takikawa, Masaharu Mizutani, Yukihiro Sugimoto
  • 雑誌名: Planta 巻: 251 号: 5 ページ: 97-97
  • DOI: 10.1007/s00425-020-03390-6
  • 査読あり
• [雑誌論文] Direct conversion of carlactonoic acid to orobanchol by cytochrome P450 CYP722C in strigolactone biosynthesis. (2019)
  • 著者名/発表者名: Wakabayashi, T., Hamana, M., Mori, A., Akiyama, R., Ueno, K., Osakabe, K., Osakabe, Y., Suzuki, H., Takikawa, H., Mizutani, M., Sugimoto, Y.
  • 雑誌名: Science Advances 巻: 5 号: 12 ページ: 9067-9067
  • DOI: 10.1126/sciadv.aax9067
  • NAID: 120006778287
  • 査読あり / オープンアクセス
• [学会発表] SlCYP722C による 18-oxo-CLA の生成と非酵素的反応による orobanchol の BC 環形成 (2022)
  • 著者名/発表者名: 本間 大翔、若林 孝俊、塩谷 七洋、滝川 浩郷、水谷 正治、杉本 幸裕
  • 学会等名: 日本農芸化学会
• [学会発表] BC-ring formation in canonical strigolactones (2021)
  • 著者名/発表者名: Yukihiro SUGIMOTO
  • 学会等名: 3rd International Strigolactone Congress
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] ミヤコグサにおけるCYP722Cサブファミリーの機能解析 (2020)
  • 著者名/発表者名: 山下歩乃佳、支田香澄、若林孝俊、水谷正治、杉本幸裕
  • 学会等名: 植物化学調節学会
• [学会発表] カーラクトン酸をオロバンコールへと変換する新規オロバンコール合成酵素の同定 (2019)
  • 著者名/発表者名: 若林孝俊、濱名実咲、森采美、刑部敬史、刑部由里子、秋山遼太、水谷正治、杉本幸裕
  • 学会等名: 植物化学調節学会
• [学会発表] ワタにおける5-ストリゴールおよびソルゴモール生合成酵素の探索 (2019)
  • 著者名/発表者名: 北野友里恵、支田香澄、若林孝俊、水谷正治、杉本幸裕
  • 学会等名: 植物化学調節学会
• [備考] 植物機能化学研究室
  • URL: https://www.edu.kobe-u.ac.jp/ans-phytochem/lab2022/labtop2022
• [備考] 植物生理活性物質ストリゴラクトンの謎に迫るオロバンコール合成酵素の発見
  • URL: https://www.kobe-u.ac.jp/research_at_kobe/NEWS/news/2019_12_19_01.html