根寄生雑草の生存戦略と宿主認識メカニズムの解明

2005 年度 研究成果報告書概要

• 研究課題/領域番号: 15380079
• 研究種目: 基盤研究(B)
• 配分区分: 補助金
• 応募区分: 一般
• 研究分野: 生物生産化学・生物有機化学
• 研究機関: 宇都宮大学
• 研究代表者: 米山 弘一 宇都宮大学, 野生植物科学研究センター, 教授 (00114174)
• 研究分担者: 竹内 安智 宇都宮大学, 野生植物科学研究センター, 教授 (90008003) ; 夏秋 知英 宇都宮大学, 農学部, 教授 (10134264) ; 関本 均 宇都宮大学, 農学部, 教授 (10261819) ; 横田 孝雄 帝京大学, 理工学部, 教授 (40011986) ; 桑原 重文 東北大学, 大学院・農学研究科, 教授 (30170145)
• 研究期間 (年度): 2003 – 2005
• キーワード: 根寄生雑草 / 発芽刺激物質 / ストリゴラクトン / LC / MS / MS / 宿主認識メカニズム / カロテノイド生合成 / P450モノオキシゲナーゼ / ABCトランスポーター

研究概要

根寄生雑草オロバンキ(Orobanche)およびストライガ(Striga)の宿主植物が分泌する発芽刺激物質ストリゴラクトンを分析した。イネ科植物の主要なストリゴラクトンの1つは、アーバスキュラー菌根菌(AM菌)の菌糸分岐誘導物質として単離構造決定されたデオキシストリゴールであり、双子葉植物ではオロバンコールが主要なストリゴラクトンの1つであることが分かった。その他に少なくとも10種類以上の新規ストリゴラクトンの存在が確認された。また、AM菌と共生しないアブラナ科およびアカザ科の植物やアカマツなどの樹木もストリゴラクトンを分泌していることから、AM菌の宿主認識にはストリゴラクトン以外の要因の関与が示唆された。
アカクローバーからのオロバンコール分泌は、窒素、リン酸、カリウム、カルシウム、マグネシウムの栄養素の内、リン酸欠乏条件下でのみ顕著に促進されることをLC/MS/MS分析によって明らかにした。これは、栄養条件がAM菌および根寄生雑草の宿主認識シグナルであるストリゴラクトンの分泌量に影響することを明確に示した最初の例である。また、アカクローバーでは、カロテノイド生合成阻害剤であるフルリドン処理によってオロバンコール分泌量が顕著に低下し、ストリゴラクトンがカロテノイドを経て生合成されるという仮説を支持する結果が得られた。なお、フルリドンは、根寄生雑草の1種であるStriga asiaticaの発芽を直接誘導し、さらに発芽した種子に吸器様の形態変化を誘導した。
シロイヌナズナのDNAマイクロアレイ解析から、ストリゴラクトン生合成および代謝に関与する可能性の高い遺伝子として、シトクロムP450モノオキシゲナーゼ遺伝子2種類と1種類のABCトランスポーター遺伝子を同定した。
今後の研究の深化、発展を通して、根圏における寄生・共生の相互作用の解明が期待される。

研究成果

• [雑誌論文] Effects of fluridone and norflurazon on conditioning and germination of Striga asiatica seeds (2006)
  • 著者名/発表者名: Kusumoto, D. et al.
  • 雑誌名: Plant Growth Regulation 48 ページ: 73-78
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [雑誌論文] Characterization of strigolactones, germination stimulants for the root parasitic plants Striga and Orobanche, produced by maize, millet and sorghum (2006)
  • 著者名/発表者名: Awad, A.A.et al.
  • 雑誌名: Plant Growth Regulation 48 ページ: 221-227
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [雑誌論文] Effects of fluridone and norflurazon on conditioning and germination of Striga asiatica seeds. (2006)
  • 著者名/発表者名: Kusumoto, D., Chae, S.H., Mukaida, K., Yoneyama, K., Yoneyama, K., Joel, D.M., Takeuchi, Y.
  • 雑誌名: Plant Growth Regulation 48 ページ: 73-78
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [雑誌論文] Characterization of strigolactones, germination stimulants for the root parasitic plants Striga and Orobanche, produced by maize, millet and sorghum. (2006)
  • 著者名/発表者名: Awad, A.A., Sato, D., Kusumoto, D., Kamioka, H., Takeuchi, Y., Yoneyama, K.
  • 雑誌名: Plant Growth Regulation 48 ページ: 221-227
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [雑誌論文] Confirmation and quantification of strigolactones, germination stimulants for root parasitic plants Striga and Orobanche, produced by cotton (2005)
  • 著者名/発表者名: Sato, D. et al.
  • 雑誌名: Bioscience, Biotechnology and Biochemistry 69(1) ページ: 98-102
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [雑誌論文] Interaction between Orobanche crenata and its host legumes : unsuccessful haustorial penetration and necrosis of the developing parasite (2005)
  • 著者名/発表者名: Perez-de-Luque, A. et al.
  • 雑誌名: Annals of Botany 95 ページ: 499-502
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [雑誌論文] Germination response of Orobanche seeds subjected to conditioning temperature, water potential and growth regulator treatments (2005)
  • 著者名/発表者名: Song, W.J.et al.
  • 雑誌名: Weed Research 45(4) ページ: 467-476
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [雑誌論文] Confirmation and quantification of strigolactones, germination stimulants for root parasitic plants Striga and Orobanche, produced by cotton. (2005)
  • 著者名/発表者名: Sato, D., Awad, A.A., Takeuchi, Y., Yoneyama, K.
  • 雑誌名: Bioscience, Biotechnology, and Biochemistry 69(1) ページ: 98-102
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [雑誌論文] Interaction between Orobanche crenate and its host legumes : unsuccessful haustorial penetration and necrosis of the developing parasite. (2005)
  • 著者名/発表者名: Perez-de-Luque, A., Rubiales, D., Cubero, J.I., Press, M.C., Scholes, J., Yoneyama, K., Takeuchi, Y., Plakhine, D., Joel, D.M.
  • 雑誌名: Annals of Botany 95 ページ: 935-942
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [雑誌論文] Germination response of Orobanche seeds subjected to conditioning temperature, water potential and growth regulator treatments. (2005)
  • 著者名/発表者名: Song, W.J., Zhou, W.J., Jin, Z.L., Cao, D.D., Joel, D.M., Takeuchi, Y., Yoneyama, K.
  • 雑誌名: Weed Research 45 ページ: 467-476
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [雑誌論文] Fluridone and norflurazon, carotenoid-biosynthesis inhibitors, promote seed conditioning and germination of the holoparasite Orobanche minor (2004)
  • 著者名/発表者名: Chae, S.H.et al.
  • 雑誌名: Physiologia Plantarum 120 ページ: 328-337
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [雑誌論文] In vitro infection of host roots by differentiated calli of the parasitic plant Orobanche (2004)
  • 著者名/発表者名: Zhou, W.J.et al.
  • 雑誌名: Journal of Experimental Botany 55 ページ: 899-907
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [雑誌論文] Fluridone and norflurazon, carotenoid-biosynthesis inhibitors, promote seed conditioning and germination of the holoparasite Orobanche minor (2004)
  • 著者名/発表者名: Chae, S.H., Yoneyama, K., Takeuchi, Y., Joel, D.M.
  • 雑誌名: Physiologia Plantarum 120 ページ: 328-337
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [雑誌論文] In vitro infection of host roots by differentiated calli of the parasitic plant Orobanche (2004)
  • 著者名/発表者名: Zhou, W.J., Yoneyama, K., Takeuchi, Y., Iso, S., Rungmekarat, S., Chae, S.H., Sato, D., Joel, D.M.
  • 雑誌名: Journal of Experimental Botany 55 ページ: 899-907
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [雑誌論文] Search for germination stimulants and inhibitors for root parasitic weeds.
  • 著者名/発表者名: Yoneyama, K., Sate, D., Takeuchi, Y, Sekimoto, H., Yokota, T., Sassa, T.
  • 雑誌名: American Chemical Society Symposium Series 927 ページ: 88-98
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [図書] Search for germination stimulants and inhibitors for root parasitic weeds. In "Natural Products for Pest Management" (ACS Symposium Series No.927) (2006)
  • 著者名/発表者名: Yoneyama, K. et al.
  • 総ページ数: 316
  • 出版者: American Chemical Society
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より