真の枝分かれ抑制ホルモンの化学構造、生理機能、生合成経路の解明

• 研究課題/領域番号: 23K21177
• 補助金の研究課題番号: 21H02125 (2021-2023)
• 研究種目: 基盤研究(B)
• 配分区分: 基金 (2024); 補助金 (2021-2023)
• 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: 宇都宮大学
• 研究代表者: 謝 肖男 宇都宮大学, バイオサイエンス教育研究センター, 准教授 (30610323)
• 研究分担者: 米山 香織 埼玉大学, 研究機構, 准教授 (20769997)
• 研究期間 (年度): 2021-04-01 – 2026-03-31
• 研究課題ステータス: 交付 (2024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); 2025年度: 2,860千円 (直接経費: 2,200千円、間接経費: 660千円); 2024年度: 3,250千円 (直接経費: 2,500千円、間接経費: 750千円); 2023年度: 3,250千円 (直接経費: 2,500千円、間接経費: 750千円); 2022年度: 3,250千円 (直接経費: 2,500千円、間接経費: 750千円); 2021年度: 4,160千円 (直接経費: 3,200千円、間接経費: 960千円)
• キーワード: ストリゴラクトン / 植物ホルモン / 生理活性物質

研究開始時の研究の概要

植物ホルモンとは、植物自身がつくり出し、微量で作用し、その物質の化学的活性本体と生理作用が明らかにされたものである。しかしながら、植物ホルモンの仲間入りをしたストリゴラクトン(strigolactone, SL)が、植物地上部枝分かれ抑制などの生理作用が報告されているものの、枝分かれ抑制ホルモンの活性本体(Branching Inhibitory Hormone, BIH)は未だに不明なままである。本研究では、BIHの単離と構造確定、BIHの生理機能の詳細な解明、生合成経路ならびにその制御機構の解明を行う。

研究実績の概要

この研究は、植物ホルモンとしての真の枝分かれ制御ホルモンの化学構造を解明することを目指している。昨年度の研究成果を踏まえて、イネおよびシロイヌナズナの野生株とSL生合成遺伝子破壊株を使用し、生育ステージごとに各部位におけるSL関連化合物の局在や濃度分布をより網羅的に調査した。
その結果、植物の地上部から一つのストリゴラクトンが同定された。このストリゴラクトンは、枝分かれの前に存在し、枝分かれ後にはその濃度が著しく低下することが明らかになった。さらに、同定されたストリゴラクトンは、ポプラから回収した導管液の抽出物からも検出された。この発見は、枝分かれ制御ホルモンが地上部で生成され、根から茎や葉に伝達されることを示唆している。
この研究は、枝分かれ制御メカニズムの理解に重要な一歩を提供し、将来的には農業や林業における植物の成長や形態の制御に役立つと期待される。

現在までの達成度 (区分)

2: おおむね順調に進展している

理由

網羅的に解析した結果、初めて植物の地上部に存在するストリゴラクトンを同定した。この発見は、枝分かれの制御メカニズムに関する理解を飛躍的に前進させるものである。特に、地上部で生成されたストリゴラクトンが枝分かれにどのように関与しているかという点において、新たな知見をもたらした。
さらに、同定したストリゴラクトンは、枝分かれする前に現れ、枝分かれ後にその濃度が著しく低下することが確認された。この事実は、ストリゴラクトンが枝分かれに直接関与し、その後の成長や形態の変化に影響を与える可能性を示唆している。これにより、植物の成長や発達におけるストリゴラクトンの重要性が強調された。
今後の研究によって、このストリゴラクトンの機能やその他の枝分かれに関与する要因についての詳細な解明が求められるが、本研究の成果はその基盤となる重要な一歩となった。

今後の研究の推進方策

まず同定した化合物の立体構造の解明を優先的に行う。また、より網羅的にシロイヌナズナの変異株を使用して同定した化合物の存在部位、時期を詳細に解析する。さらに本化合物の投与により、枝分かれ変異株に対する枝分かれ抑制効果の検証を行う。また、TIS108は典型的SLの生合成は阻害するがBIH生合成には影響しないと考えられるので、TIS108処理後も同様の実験を行い、本化合物の生産量の変更の有無を調査する。

研究成果

• [国際共同研究] ヘルシンキ大学(フィンランド)
• [国際共同研究] 中国南京農業大学(中国)
• [国際共同研究] UCSD(米国)
• [国際共同研究] UCR(米国)
• [国際共同研究] UCR(米国)
• [国際共同研究] 中国南京農業大学(中国)
• [雑誌論文] The <scp>D14‐SDEL1‐SPX4</scp> cascade integrates the strigolactone and phosphate signalling networks in rice (2023)
  • 著者名/発表者名: Gu Pengyuan、Tao Wenqing、Tao Jinyuan、Sun Huwei、Hu Ripeng、Wang Daojian、Zong Guoxinan、Xie Xiaonan、Ruan Wenyuan、Xu Guohua、Yi Keke、Zhang Yali
  • 雑誌名: New Phytologist 巻: 239 号: 2 ページ: 673-686
  • DOI: 10.1111/nph.18963
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Bilirubin is produced nonenzymatically in plants to maintain chloroplast redox status (2023)
  • 著者名/発表者名: Ishikawa Kazuya、Xie Xiaonan、Osaki Yasuhide、Miyawaki Atsushi、Numata Keiji、Kodama Yutaka
  • 雑誌名: Science Advances 巻: 9 号: 23
  • DOI: 10.1126/sciadv.adh4787
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Identification of a Prunus MAX1 homolog as a unique strigol synthase (2023)
  • 著者名/発表者名: Wu Sheng、Zhou Anqi、Hiugano Kozue、Yoda Akiyoshi、Xie Xiaonan、Yamane Kenji、Miura Kenji、Nomura Takahito、Li Yanran
  • 雑誌名: New Phytologist 巻: 239 号: 5 ページ: 1819-1833
  • DOI: 10.1111/nph.19052
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Tree architecture: A strigolactone-deficient mutant reveals a connection between branching order and auxin gradient along the tree stem (2023)
  • 著者名/発表者名: Su Chang、Kokosza Andrzej、Xie Xiaonan、Zhang Youjun、Raumonen Pasi、Fernie Alisdair R.、Nov?k Ond?ej、Leyser Ottoline、Pa?ubicki Wojtek、Helariutta Yk?、Nieminen Kaisa
  • 雑誌名: Proceedings of the National Academy of Sciences 巻: 120 号: 48
  • DOI: 10.1073/pnas.2308587120
  • 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] Regulation of phenazine-1-carboxamide production by quorum sensing in type strains of Pseudomonas chlororaphis subsp. chlororaphis and Pseudomonas chlororaphis subsp. piscium (2022)
  • 著者名/発表者名: Morohoshi Tomohiro、Yabe Naoka、Yaguchi Naoya、Xie Xiaonan、Someya Nobutaka
  • 雑誌名: Journal of Bioscience and Bioengineering 巻: 133 号: 6 ページ: 541-546
  • DOI: 10.1016/j.jbiosc.2022.03.004
  • 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] 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] Identification of a<i>Prunus</i>MAX1 Homolog as a Unique Strigol Synthase from Carlactone Bypassing 5-Deoxystrigol (2022)
  • 著者名/発表者名: Wu Sheng、Zhou Anqi、Hiugano Kozue、Yoda Akiyoshi、Xie Xiaonan、Yamane Kenji、Miura Kenji、Nomura Takahito、Li Yanran
  • 雑誌名: New Phytologist 巻: in press ページ: 00-00
  • DOI: 10.1101/2022.10.24.513630
  • 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
• [雑誌論文] SPL14/17 act downstream of strigolactone signalling to modulate rice root elongation in response to nitrate supply (2021)
  • 著者名/発表者名: Sun Huwei、Guo Xiaoli、Qi Xuejiao、Feng Fan、Xie Xiaonan、Zhang Yali、Zhao Quanzhi
  • 雑誌名: The Plant Journal 巻: 21 号: 3 ページ: 11-11
  • DOI: 10.1111/tpj.15188
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著