ストリゴラクトン生合成経路から分岐する真の枝分かれ抑制ホルモン

2016 年度 実施状況報告書

• 研究課題/領域番号: 15K07093
• 研究機関: 宇都宮大学
• 研究代表者: 野村 崇人 宇都宮大学, バイオサイエンス教育研究センター, 准教授 (60373346)
• 研究期間 (年度): 2015-04-01 – 2018-03-31
• キーワード: 植物ホルモン / ストリゴラクトン / 生合成 / 枝分かれ

研究実績の概要

これまでに研究代表者は、植物の枝分かれ抑制ホルモンであるストリゴラクトン（SL）の生合成経路で働くMAX1酵素の機能を明らかにした。シロイヌナズナのMAX1はSL前駆物質カーラクトン（CL）のC-19位をカルボキシル基まで酸化してカーラクトン酸（CLA）を生成する酵素であった。そのメチルエステル体のカーラクトン酸メチル（MeCLA）はSL受容体AtD14と相互作用することも明らかにした。これらの結果から、典型的な4環性のSL骨格を有しない2環性のCL誘導体が枝分かれ抑制ホルモンの活性体として機能している可能性が示された。本研究では、真の枝分かれ抑制ホルモンを明らかにすることを目的としている。
イネのMAX1ホモログの一つであるCYP711A2はCLから4環性の4-デオキシオロバンコール（4DO）へ変換させることが明らかになっている。CYP711A2を酵母のミクロソームにおいて発現させて、CLを基質としてインキュベーションさせ、その代謝物を探索した。その結果、18-hydroxyCLAと推定される代謝物が検出された。その推定代謝物は、シロイヌナズナのMAX1によるCL代謝物には検出されないことから18-hydroxyCLAはCLAから4DOへの環化反応の中間体であると考えられた。
オーストラリアクイーンズランド大の協同研究者によってMAX1の下流で働く新規SL生合成酵素遺伝子LBOが単離された。LBOタンパク質を大腸菌において発現させ、代謝実験を行った。その結果、LBOはMeCLAを基質として、16 Daが付加された代謝物を生成することが明らかとなった。さらに、重水素標識したMeCLAを用いた代謝実験を行った。その結果、LBOはMeCLAのメチルエステルのメチル基を水酸化することが明らかとなった。

現在までの達成度 (区分)

1: 当初の計画以上に進展している

理由

当初は、ジャスモン酸のように、CLAのアミノ酸縮合体が活性本体である可能性を調べる研究を進めていた。しかしながら、昨年度の研究結果により、CLAのアミノ酸縮合経路は存在していても活性化段階に重要な経路ではなく、そのメチルエステル体であるMeCLAへ流れる経路が活性本体への主流であると推測された。そして、MeCLAを水酸化してさらに活性を上昇させる新規SL生合成酵素LBOの存在を明らかにした。この発見は、SL生合成経路の解明において重要な発見となり、その研究成果は米国アカデミー紀要に掲載された。

今後の研究の推進方策

これまでの研究により、MAX1はCLからCLAへの変換が植物界において共通の反応であることを明らかにした。そして、CLAのメチルエステル体であるMeCLAを基質とするLBOの存在を明らかにした。シロイヌナズナのlbo変異体はmax1変異体よりも枝分かれの増加が弱い表現型を示す。このことからLBOはSL受容体に結合能をもつMeCLAをさらに生理活性の高い構造に変換して真の活性本体を生成する酵素である可能性が高い。LBOによりMeCLAは水酸化される。しかしながら、それが活性本体としての最終産物であるかは結論が出ていない。そのため、今後もLBOの酵素機能の解析を進める。また、枝分かれ抑制における4環性のSLと2環性のMeCLA誘導体の役割を明らかにするため、その経路の分岐を決めているMAX1の酵素機能の解析もさらに進める。

研究成果

• [国際共同研究] クイーンズランド大学(オーストラリア)
  • 国名: オーストラリア
  • 外国機関名: クイーンズランド大学
• [国際共同研究] INRA(フランス)
  • 国名: フランス
  • 外国機関名: INRA
• [雑誌論文] Methyl zealactonoate, a novel germination stimulant for root 1 parasitic weeds produced by maize (2017)
  • 著者名/発表者名: Xie X., Kisugi T., Yoneyama K., Nomura T., Akiyama K., Uchida K., Yokota T., McErlean C.S.P., Yoneyama K.
  • 雑誌名: J. Pestic. Sci. 巻: 印刷中 ページ: 印刷中
  • DOI: 10.1584/jpestics.D16-103
  • 査読あり / 国際共著 / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] LATERAL BRANCHING OXIDOREDUCTASE acts in the final stages of strigolactone biosynthesis in Arabidopsis (2016)
  • 著者名/発表者名: Brewer P.B., Yoneyama K., Filardo F., Meyers E., Scaffidi A., Frickey T., Akiyama K., Seto Y., Dun E.A., Cremer J.E., Kerr S.C., Waters M.T., Flematti G.R., Mason M.G., Weiller G., Yamaguchi S., Nomura T., Smith S.M., Yoneyama K., Beveridge C.A.
  • 雑誌名: Proc. Natl. Acad. Sci. U S A 巻: 113 ページ: 6301-6306
  • DOI: 10.1073/pnas.1601729113
  • 査読あり / 国際共著 / 謝辞記載あり
• [学会発表] Distribition of canonical and non‐canonical strigolactones in the plant kingdom (2017)
  • 著者名/発表者名: Koichi Yoneyama, Xiaonan Xie, Kaori Yoneyama, Takahito Nomura, Kohki Akiyama and Christopher S. P. McErlean
  • 学会等名: 第2回国際ストリゴラクトン会議
  • 発表場所: イタリア・トリノ
  • 年月日: 2017-03-27 – 2017-03-30
  • 国際学会
• [学会発表] Biochemical characterization of lateral branching oxidoreductase involved in strigolactone biosynthesis (2017)
  • 著者名/発表者名: Kaori Yoneyama, Phillip B. Brewer, Kohki Akiyama, Xiaonan Xie, Christine Beveridge, Koichi Yoneyama and Takahito Nomura
  • 学会等名: 第2回国際ストリゴラクトン会議
  • 発表場所: イタリア・トリノ
  • 年月日: 2017-03-27 – 2017-03-30
  • 国際学会
• [学会発表] Biochemical characterization of MAX1 orthologs involved in strigolactone biosynthesis (2017)
  • 著者名/発表者名: Takahito Nomura, Kaori Yoneyama, Narumi Mori, Tomoyasu Sato, Xiaonan Xie, Shinjiro Yamaguchi, Kohki Akiyama and Koichi Yoneyama
  • 学会等名: 第2回国際ストリゴラクトン会議
  • 発表場所: イタリア・トリノ
  • 年月日: 2017-03-27 – 2017-03-30
  • 国際学会
• [学会発表] Biochemical characterization of PsMAX1 and PsLBO in Pisum sativum (2017)
  • 著者名/発表者名: Akiyoshi Yoda, Kaori Yoneyama, Narumi Mori, Mutsumi Saito, Xiaonan Xie, Alexandre de Saint Germain, Catherine Rameau, Christine Beveridge, Kohki Akiyama, Koichi Yoneyama and Takahito Nomura
  • 学会等名: 第2回国際ストリゴラクトン会議
  • 発表場所: イタリア・トリノ
  • 年月日: 2017-03-27 – 2017-03-30
  • 国際学会
• [学会発表] キク科植物が生産する新奇ストリゴラクトンの探索 (2017)
  • 著者名/発表者名: 松下明真、松田一彦、野村崇人、米山弘一、謝 肖男
  • 学会等名: 日本農芸化学会2017年度大会
  • 発表場所: 京都女子大学
  • 年月日: 2017-03-17 – 2017-03-20
• [学会発表] ストリゴラクトン生合成におけるMAX1 ホモログの機 能解析 (2017)
  • 著者名/発表者名: 佐藤智康、米山香織、森 愛美、齋藤睦美、謝 肖男、秋山康紀、米山弘一、野村崇人
  • 学会等名: 日本農芸化学会2017年度大会
  • 発表場所: 京都女子大学
  • 年月日: 2017-03-17 – 2017-03-20
• [学会発表] ストリゴラクトン生合成におけるLBO ホモログの機能解析 (2017)
  • 著者名/発表者名: 依田彬義、米山香織、森 愛実、Philip Brewer、謝 肖男、Christine Beveridge、秋山康紀、米山弘一、野村崇人
  • 学会等名: 日本農芸化学会2017年度大会
  • 発表場所: 京都女子大学
  • 年月日: 2017-03-17 – 2017-03-20
• [学会発表] ミヤコグサのストリゴラクトン生合成における新規 MAX1 産物の同定 (2017)
  • 著者名/発表者名: 森 愛美、米山香織、謝 肖男、野村崇人、米山弘一、秋山康紀
  • 学会等名: 日本農芸化学会2017年度大会
  • 発表場所: 京都女子大学
  • 年月日: 2017-03-17 – 2017-03-20
• [学会発表] ソラナコール型カーラクトン類のトマトMAX1 および LBO による変換 (2017)
  • 著者名/発表者名: 野上香奈、米山香織、野村崇人、米山弘一、秋山康紀
  • 学会等名: 日本農芸化学会2017年度大会
  • 発表場所: 京都女子大学
  • 年月日: 2017-03-17 – 2017-03-20
• [学会発表] MAX1 とLBO により導かれるストリゴラクトン生合成経路 (2017)
  • 著者名/発表者名: 野村崇人、米山香織、森 愛実、謝 肖男、秋山康紀、米山弘一
  • 学会等名: 日本農芸化学会2017年度大会
  • 発表場所: 京都女子大学
  • 年月日: 2017-03-17 – 2017-03-20
  • 招待講演
• [学会発表] Biochemical characterization of 2-oxoglutarate dependent dioxygenase LBO involved in strigolactone biosynthesis (2017)
  • 著者名/発表者名: Kaori Yoneyama, Phillip Brewer, Kohki Akiyama, Akiyoshi Yoda, Xionan Xie, Yoshiya Seto, Shinjiro Yamaguchi, Christine Beveridge, Koichi Yoneyama, Takahito Nomura
  • 学会等名: 第58回日本植物生理学会
  • 発表場所: 鹿児島大学
  • 年月日: 2017-03-16 – 2017-03-18
• [学会発表] シロイヌナズナにおける新奇ストリゴラクトン生合成酵素LBOの機能解析 (2016)
  • 著者名/発表者名: 米山香織、Philip Brewer、秋山康紀、依田彬義、謝 肖男、瀬戸義哉、山口信次郎、Christine Beveridge、米山弘一、野村崇人
  • 学会等名: 植物化学調節学会第51回大会
  • 発表場所: 高知大学
  • 年月日: 2016-10-29 – 2016-10-30
• [学会発表] ストリゴラクトン生合成酵素MAX1の機能多様性 (2016)
  • 著者名/発表者名: 米山香織、森 愛実、秋山康紀、佐藤智康、齋藤睦美、謝 肖男、米山弘一、野村崇人
  • 学会等名: 植物化学調節学会第51回大会
  • 発表場所: 高知大学
  • 年月日: 2016-10-29 – 2016-10-30
• [学会発表] ミヤコグサにおけるMAX1の下流で働く新規ストリゴール型ストリゴラクトン生合成酵素の存在 (2016)
  • 著者名/発表者名: 森 愛美、謝 肖男、米山香織、野村崇人、米山弘一、秋山康紀
  • 学会等名: 植物化学調節学会第51回大会
  • 発表場所: 高知大学
  • 年月日: 2016-10-29 – 2016-10-30
• [学会発表] Biochemical Characterization of More Axillary Growth in Strigolactone Biosynthesis (2016)
  • 著者名/発表者名: Takahito Nomura
  • 学会等名: 第22回国際植物生長物質会議
  • 発表場所: カナダ・トロント
  • 年月日: 2016-06-21 – 2016-06-25
  • 国際学会
• [学会発表] Are non-canonical strigolactones major players? (2016)
  • 著者名/発表者名: Koichi Yoneyama, Kohki Akiyama, Christopher McErlean, Xiaonan Xie, Kaori Yoneyama, Takahito Nomura
  • 学会等名: 第22回国際植物生長物質会議
  • 発表場所: カナダ・トロント
  • 年月日: 2016-06-21 – 2016-06-25
  • 国際学会
• [学会発表] Biochemical characterization of LATERAL BRANCHING OXIDOREDUCTASE involving strigolactone biosynthesis in Arabidopsis (2016)
  • 著者名/発表者名: Kaori Yoneyama, Kohki Akiyama, Phillip Brewer, Christine Beveridge, Yoshiya Seto, Shinjiro Yamaguchi, Xionan Xie, Koichi Yoneyama, Takahito Nomura
  • 学会等名: 第22回国際植物生長物質会議
  • 発表場所: カナダ・トロント
  • 年月日: 2016-06-21 – 2016-06-25
  • 国際学会
• [学会発表] Effects of phosphate and other plant hormones on strigolactone production (2016)
  • 著者名/発表者名: Kaori Yoneyama, Koichi Yoneyama, Takahito Nomura
  • 学会等名: 第22回国際植物生長物質会議
  • 発表場所: カナダ・トロント
  • 年月日: 2016-06-21 – 2016-06-25
  • 国際学会