植物におけるストリゴラクトン生合成及びその調節機構の解明

• 研究課題/領域番号: 19KK0395
• 研究種目: 国際共同研究加速基金(国際共同研究強化(A))
• 配分区分: 基金
• 審査区分: 小区分38010:植物栄養学および土壌学関連
• 研究機関: 埼玉大学 (2023); 愛媛大学 (2019-2022)
• 研究代表者: 米山 香織 埼玉大学, 研究機構, 准教授 (20769997)
• 研究期間 (年度): 2020 – 2023
• 研究課題ステータス: 完了 (2023年度)
• 配分額: 13,910千円 (直接経費: 10,700千円、間接経費: 3,210千円)
• キーワード: ストリゴラクトン / シロイヌナズナ / 生合成経路 / ジオキシゲナーゼ / 地上部枝分かれ抑制 / CRISPR/Cas9

研究開始時の研究の概要

ストリゴラクトンは、植物の生長・分化を制御する、農業生産においても注目度が高い、極めて重要な二次代謝産物である。本研究では、多様なストリゴラクトンの機能のうち、地上部枝分かれ抑制活性に着目して、シロイヌナズナのストリゴラクトン生合成経路の全貌及び活性本体、更にその調節機構の解明を目指す。そのために、ストリゴラクトン生合成遺伝子LBO (LATERAL BRANCHING OXIDOREDUCTASE）のクレードに近接する4つの遺伝子にコードされているジオキシゲナーゼの酵素機能を明らかにする。

研究成果の概要

ストリゴラクトン(SL)は、植物の生長・分化を制御する、農業生産においても注目度が高い、極めて重要な二次代謝産物である。これまでにシロイヌナズナのSL生合成経路において最も下流で作用しているLBO (LATERAL BRANCHING OXIDOREDUCTASE）の酵素機能などを明らかにしてきた。本課題では、LBOのクレードに近接する4つの遺伝子にコードされている、機能未知であるジオキシゲナーゼのノックアウトラインをCRISPR/Cas9により作成、地上部枝分れ表現型を精査し、地上部枝分かれに関与する新奇SL生合成遺伝子の単離に成功した。

研究成果の学術的意義や社会的意義

地上部枝分かれ制御は作物の質的良的制限に直結する農業生産上重要な形質に一つであるが、その制御メカニズムはほとんど明らかにされていない。本課題成果は、地上部枝分かれ抑制活性本体の単離構造決定につながるものであり、SL生合成経路の全貌およびその調節メカニズムの解明という学術的意義だけでなく、SL生産制御を介した画期的な農業技術の確立という社会的意義を与えるものである。

研究成果

• [国際共同研究] University of California, Riverside(米国) (2022)
  • 年月日: 2022-02-15
• [雑誌論文] Whispers in the dark: Signals regulating underground plant-plant interactions (2024)
  • 著者名/発表者名: Yoneyama K, Bennett T
  • 雑誌名: Curr Opin Plant Biol 巻: 77 ページ: 1-7
  • DOI: 10.1016/j.pbi.2023.102456
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] A Stereoselective Strigolactone Biosynthesis Catalyzed by a 2-Oxoglutarate-Dependent Dioxygenase in Sorghum (2023)
  • 著者名/発表者名: Yoda Akiyoshi、Xie Xiaonan、Yoneyama Kaori、Miura Kenji、McErlean Christopher S P、Nomura Takahito
  • 雑誌名: Plant and Cell Physiology 巻: 64 号: 9 ページ: 1034-1045
  • DOI: 10.1093/pcp/pcad060
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] 植物間コミュニケーションにおけるストリゴラクトンの新しい機能 (2023)
  • 著者名/発表者名: 米山香織
  • 雑誌名: 植物の生長調節 巻: 58 ページ: 100-104
• [雑誌論文] Ancestral sequence reconstruction of the CYP711 family reveals functional diverfence in strigolactone biosynthetic enzymes associated with gene duplication events in monocot grasses (2022)
  • 著者名/発表者名: Vinde MH, Cao D, Chesterfield RJ, Yoneyama K*, Gumulya Y, Thomson RES, Matila T, Ebert BE, Beveridge CA, Vickers CE, Gillam EMJ
  • 雑誌名: New Phytol 巻: 235 号: 5 ページ: 1900-1912
  • DOI: 10.1111/nph.18285
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [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] Environmental strigolactone drives early growth responses to neighbouring plants and soil volume in pea (2022)
  • 著者名/発表者名: Wheeldon CD, Hamon-Josse M, Lund H, Yoneyama K*, Bennett T
  • 雑誌名: Curr. Biol 巻: 32 号: 16 ページ: 3593-3600
  • DOI: 10.1016/j.cub.2022.06.063
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Supra-organismal regulation of strigolactone exudation and plant development in rice in response to rhizospheric cues (2022)
  • 著者名/発表者名: Yoneyama K*, Xie X, Nomura T, Yoneyama K, Bennett T
  • 雑誌名: Curr. Biol 巻: 32 号: 16 ページ: 3601-3608
  • DOI: 10.1016/j.cub.2022.06.047
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Extraction and Quantification of Plant Hormones and RNA from Pea Axillary Buds (2022)
  • 著者名/発表者名: Cao D, Barbier F, Yoneyama K *, Beveridge CA
  • 雑誌名: Bio-protocol 巻: 12 ページ: 1-8
  • DOI: 10.3389/fpls.2020.605069
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Germination stimulant activity of isothiocyanates on Phelipanche spp (2022)
  • 著者名/発表者名: Hinako Miura 、Ryota Ochi、Hisashi Nishiwaki、Satoshi Yamauchi、Xiaonan Xie、Hidemitsu Nakamura、Koichi Yoneyama、Kaori Yoneyama
  • 雑誌名: Plants 巻: 24 号: 5 ページ: 606-606
  • DOI: 10.3390/plants11050606
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] ストリゴラクトン生合成経路と地上部枝分かれ抑制活性本体の解明—地上部枝分かれ抑制活性本体を追え— (2021)
  • 著者名/発表者名: 米山 香織
  • 雑誌名: 日本農薬学会誌 巻: 46 号: 2 ページ: 177-178
  • DOI: 10.1584/jpestics.W21-16
  • NAID: 130008162143
  • ISSN: 2187-0365, 2187-8692
  • 年月日: 2021-08-20
• [雑誌論文] Strigolactone biosynthesis catalyzed by cytochrome P450 and sulfotransferase in sorghum (2021)
  • 著者名/発表者名: Yoda Akiyoshi、Mori Narumi、Akiyama Kohki、Kikuchi Mayu、Xie Xiaonan、Miura Kenji、Yoneyama Kaori、Sato‐Izawa Kanna、Yamaguchi Shinjiro、Yoneyama Koichi、Nelson David C.、Nomura Takahito
  • 雑誌名: New Phytologist 巻: 232 号: 5 ページ: 1999-2010
  • DOI: 10.1111/nph.17737
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Strigolactones, how are they synthesized to regulate plant growth and development? (2021)
  • 著者名/発表者名: Yoneyama Kaori、Brewer Philip B
  • 雑誌名: Current Opinion in Plant Biology 巻: 63 ページ: 102072-102072
  • DOI: 10.1016/j.pbi.2021.102072
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Structure?activity relationship of the aromatic moiety of 6-substituted 5,6-dihydro-2<i>H</i>-pyran-2-one to find the novel compound showing higher plant growth inhibitory activity (2021)
  • 著者名/発表者名: Ochi Ryota、Yoneyama Kaori、Nishiwaki Hisashi、Yamauchi Satoshi
  • 雑誌名: Bioscience, Biotechnology, and Biochemistry 巻: 86 号: 2 ページ: 165-169
  • DOI: 10.1093/bbb/zbab185
  • 査読あり
• [雑誌論文] Do phosphate and cytokinin interact to regulate strigolactone biosynthesis or act independently? (2020)
  • 著者名/発表者名: Kaori Yoneyama et al
  • 雑誌名: frontiers in Plant Science 巻: in press ページ: 1-9
  • DOI: 10.3389/fpls.2020.00438
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Hydroxyl carlactone derivatives are predominant strigolactones in Arabidopsis (2020)
  • 著者名/発表者名: Yoneyama Kaori、Akiyama Kohki、Brewer Philip B.、Mori Narumi、Kawano‐Kawada Miyuki、Haruta Shinsuke、Nishiwaki Hisashi、Yamauchi Satoshi、Xie Xiaonan、Umehara Mikihisa、Beveridge Christine A.、Yoneyama Koichi、Nomura Takahito
  • 雑誌名: Plant Direct 巻: 4 号: 5 ページ: 1-14
  • DOI: 10.1002/pld3.219
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [学会発表] 植物-植物コミュニケーションを利用した作物の耐性強化を目指して (2023)
  • 著者名/発表者名: 米山香織
  • 学会等名: 令和5年度日本学術会議公開シンポジウム
  • 招待講演
• [学会発表] ストリゴラクトン生合成に関与するオオムギLBOの機能解析 (2023)
  • 著者名/発表者名: 井上舞子、Philip Brewer、謝肖男、黒岩風、戸澤譲、米山香織
  • 学会等名: 植物化学調節学会第58回大会
• [学会発表] 養分条件がシロイヌナズナのストリゴラクトン生合成に与える影響 (2023)
  • 著者名/発表者名: 崎岡莉子、黒瀬凌、米山香織
  • 学会等名: 植物化学調節学会第58回大会
• [学会発表] ストリゴラクトンを介したポット容量認識 (2023)
  • 著者名/発表者名: 下田萌乃、Tom Bennett、米山香織
  • 学会等名: 植物化学調節学会第58回大会
• [学会発表] ストリゴラクトンを介した植物間の根圏コミュニケーション (2023)
  • 著者名/発表者名: 米山香織
  • 学会等名: 日本植物学会第87回大会
  • 招待講演
• [学会発表] Regulation of strigolactone biosynthesis/exudation (2023)
  • 著者名/発表者名: Kaori Yoneyama
  • 学会等名: The 24th International Conference on Plant Growth Substances
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] ストリゴラクトン生産・分泌の環境応答 (2021)
  • 著者名/発表者名: 米山香織
  • 学会等名: 日本植物生理学会
  • 招待講演
• [学会発表] 根圏に分泌されるストリゴラクトンの新たな機能とその分泌制御メカニズム (2021)
  • 著者名/発表者名: 米山香織
  • 学会等名: 日本植物学会第85回大会
  • 招待講演
• [学会発表] The Possibility of Strigolactones for Plant-Plant Communication (2021)
  • 著者名/発表者名: Kaori Yoneyama
  • 学会等名: 3rd International Congress on Strigolactones
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Strigolactones, how are they synthesized to regulate plant growth and development? (2021)
  • 著者名/発表者名: Kaori Yoneyama
  • 学会等名: IRN France-Japan Frontiers in Plant Biology on “Photosynthesis and Metabolism”
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] イソチオシアネートによる根寄生雑草の発芽刺激活性 (2021)
  • 著者名/発表者名: 三浦妃奈子、米山香織
  • 学会等名: 日本農芸化学会西日本・中四国・関西支部 2021年度合同大会