大麻成分THCAによる根冠形成阻害の分子メカニズムの解明

• 研究課題/領域番号: 21K06630
• 研究種目: 基盤研究(C)
• 配分区分: 基金
• 応募区分: 一般
• 審査区分: 小区分47050:環境および天然医薬資源学関連
• 研究機関: 九州大学
• 研究代表者: 森元 聡 九州大学, 薬学研究院, 教授 (60191045)
• 研究期間 (年度): 2021-04-01 – 2023-03-31
• 研究課題ステータス: 中途終了 (2022年度)
• 配分額: 4,030千円 (直接経費: 3,100千円、間接経費: 930千円); 2023年度: 520千円 (直接経費: 400千円、間接経費: 120千円); 2022年度: 1,560千円 (直接経費: 1,200千円、間接経費: 360千円); 2021年度: 1,950千円 (直接経費: 1,500千円、間接経費: 450千円)
• キーワード: THCA / アレロパシー / シロイヌナズナ / 根冠 / IAA20 / 根冠形成 / IAA30 / アサ / カンナビノイド

研究開始時の研究の概要

植物の根の先端には根冠と呼ばれる組織が存在しており、根の重力屈性に関与していることが古くから知られている。根冠形成遺伝子の発現を人為的に制御すると、根冠形成が阻害されるとともに、根の重力屈性にも異常が誘発されることが明らかにされている。
申請者は、アサの幻覚成分であるTHCAがシロイヌナズナの根冠形成のみを阻害し、重力屈性異常や活着阻害を誘導することを発見した。申請課題ではシロイヌナズナの遺伝子発現パターンを詳細に解析し、THCAによる根冠形成阻害メカニズムをタンパク質・遺伝子レベルで明らかにすることを目指す。併せて、根冠以外の部分に障害が誘発されないメカニズムも究明する。

研究実績の概要

申請課題では、アサ畑にみられるアレロパシー誘導メカニズムの解明を目的としている。アサが生産するTHCAがシロイヌナズナの根冠形成を阻害することから、そのメカニズムを遺伝子レベルで解明することを試みた。昨年度では、マイクロアレイ解析やReal-time PCRを実施することによりTHCA処理したシロイヌナズナにおいて4種の遺伝子（IAA20、IAA30、IAA32、IAA34）の発現上昇を確認した。
最終年度では、さらに根冠形成かかわる7種の遺伝子（IAA、IAA8、IAA17、IAA19、IAA31、ARF10、ARF10）の発現レベルをReal-time PCRで測定した。この結果、今回測定した遺伝子の発現量の変動はTHCA処理したシロイヌナズナにおいていずれも認められなかった。そこで、前年度で発現量の変動が確認された4種の遺伝子（IAA20、IAA30、IAA32、IAA34）の欠損株を用いて、THCAが根冠形成阻害を誘導するかどうか調べてみた。この結果、THCAはいずれの欠損株も根冠形成を阻害することが判明した。したがって、IAA20、IAA30、IAA32、IAA34はTHCAによる根冠形成阻害に関与してないことが判明した。IAA20の大量発現株は根冠形成阻害を誘導することが報告されているが、THCAはIAA20の発現に非依存的に根冠形成を阻害することが判明した。
以上の新しい知見に加え、THCAによる根冠形成阻害は、シクロスポリンAによって有意に抑制されることも最終年度に発見した。シクロスポリンAはミトコンドリア障害に基づくネクローシスを抑制することが知られている。したがって、THCAは根冠部のミトコンドリアに障害を誘導することにより、根冠の正常な形成を阻害するものと考えられた。
以上のように、申請者はTHCAの根冠形成阻害メカニズムを解明することに成功した。