植物の大繁栄を可能にしたストリゴラクトンの解明

• 研究課題/領域番号: 21J14530
• 研究種目: 特別研究員奨励費
• 配分区分: 補助金
• 応募区分: 国内
• 審査区分: 小区分44030:植物分子および生理科学関連
• 研究機関: 東北大学 (2022); 東京農工大学 (2021)
• 研究代表者: 依田 彬義 東北大学, 生命科学研究科, 特別研究員(PD)
• 研究期間 (年度): 2021-04-28 – 2023-03-31
• 研究課題ステータス: 完了 (2022年度)
• 配分額: 1,500千円 (直接経費: 1,500千円); 2022年度: 700千円 (直接経費: 700千円); 2021年度: 800千円 (直接経費: 800千円)
• キーワード: ストリゴラクトン / 植物ホルモン / 生合成 / 栄養欠乏 / 進化

研究開始時の研究の概要

ストリゴラクトン（SL）は植物の枝分かれを制御する植物ホルモンであり、根圏においてアーバスキュラー菌根菌（AM菌）の共生を誘導する。根に共生したAM菌はリンの吸収を助け、現生の陸上植物の約8割がAM菌と共生をしている。これまでに申請者は、AM菌と共生するゼニゴケ近縁種から新規SLであるBryosymbiol（BSB）を同定した。また、BSBはコケ植物やシダ植物、種子植物に広く分布しており、BSBが陸上植物の共通祖先が生産していた祖先型SLであることが示唆された。本研究ではBSBが陸上植物におけるSLオリジンであるかの検証をさらに進め、その機能を明らかにする。

研究実績の概要

これまでの研究において、フタバネゼニゴケ（Marchantia paleacea）から新規SL、Bryosymbiol（BSB）を同定し、種子植物と同様にリン欠乏によりBSBの生産量が増加することを明らかにした。種子植物ではリンによる制御に加え、窒素欠乏においてもSLの生合成が促進されることが知られている。窒素は植物において最も要求量の多い栄養素であり、窒素欠乏条件下におけるSLの生産はAM菌との共生において重要であると考えられるが、その起源と進化については知られていない。今年度の研究では、フタバネゼニゴケにおけるリン欠乏と窒素欠乏に応答したSLの生産制御を調査した。栄養欠乏処理時におけるSL生合成遺伝子（MpaD27、CCD7、CCD8A、CCD8B、MAX1）の発現量解析と、仮根滲出液の根寄生植物種子に対する発芽活性試験、仮根滲出液に含まれるBSBのLC-MS/MS分析を行なった。その結果、窒素欠乏処理によりSL生合成遺伝子の発現が誘導され、BSBの生産量が増加した。また、窒素とリンの同時欠乏処理ではSL生合成遺伝子の発現に対する相加的な影響はなく、その発現量は窒素状態に依存している傾向が見られた。これらの結果から、窒素欠乏に応答したSLの制御が陸上植物に広く保存されていることが明らかになった。

現在までの達成度 (段落)

令和4年度が最終年度であるため、記入しない。

今後の研究の推進方策

令和4年度が最終年度であるため、記入しない。

研究成果

• [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] 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
• [学会発表] 貧栄養条件におけるフタバネゼニゴケのストリゴラクトン生産制御 (2023)
  • 著者名/発表者名: 依田彬義、児玉恭一、野村 崇人、経塚 淳子
  • 学会等名: 第64回日本植物生理学会
• [学会発表] フタバネゼニゴケにおける窒素欠乏に応答したストリゴラクトン生合成の制御 (2022)
  • 著者名/発表者名: 依田彬義、児玉恭一、野村 崇人、経塚 淳子
  • 学会等名: 植物化学調節学会第57回大会
• [学会発表] 新規ストリゴラクトンbryosymbiolの生合成 (2021)
  • 著者名/発表者名: 依田彬義、謝 肖男、児玉恭一、島崎翔太、秋山康紀、米山香織、嶋村正樹、経塚淳子、野村崇人
  • 学会等名: 植物化学調節学会第56回大会
• [学会発表] Strigolactone biosynthesis catalyzed by LGS1 in sorghum (2021)
  • 著者名/発表者名: Akiyoshi Yoda、Narumi Mori、Kohki Akiyama、Xiaonan Xie、Kaori Yoneyama、Koichi Yoneyama、David C. Nelson、Takahito Nomura
  • 学会等名: 3rd International Congress on Strigolactones
  • 国際学会