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2019 年度 実績報告書

根寄生雑草被害低減を目指した化学・生物学基盤の構築と応用

研究課題

研究課題/領域番号 18H05266
研究機関東京大学

研究代表者

浅見 忠男  東京大学, 大学院農学生命科学研究科(農学部), 教授 (90231901)

研究分担者 永田 宏次  東京大学, 大学院農学生命科学研究科(農学部), 教授 (30280788)
伊藤 晋作  東京農業大学, 生命科学部, 助教 (70608950)
研究期間 (年度) 2018-06-11 – 2023-03-31
キーワードストリゴラクトン / 根寄生雑草 / ジベレリン / エチレン / 自殺発芽 / 生合成阻害 / クロストーク / 植物ホルモン
研究実績の概要

SL生合成阻害技術の開発に加えて、SL受容体のリガンド認識機構・活性発現機構、そして植物ホルモン間クロストークによりSL機能を制御可能なジベレリンやエチレン両ホルモン受容体の認識機構を、新規リガンド開発と結晶構造学を中心に解明することで、Striga制御技術開発基盤の構築と展開を行うと同時に、併せて創製したジベレリンやエチレン制御剤のStriga制御への応用展開についても検討を行った。
Strigaの寄生を防ぐためのストリゴラクトン関連化合物として、1)Striga種子のSL受容体アゴニストを創製し宿主作物の存在しない状態で発芽させ寄生させずに枯死させる自殺発芽誘導剤、2)作物生産性に影響を与えない条件で宿主作物におけるSL生合成制御剤、3)Striga種子のSL受容体特異的阻害剤、を研究対象として農業への応用を目指した基盤構築と開発研究を行い、1)については前年度までに開発した化合物の圃場試験を行うことで、防除効果を確認した。2)についてはTIS108が作物に影響を与えない理由について、作用部位を追求することで解明した。3)については共有阻害剤NH1と受容体の共結晶を取得し、作用機構の解明と今後の化合物設計に関する指針を得た。
エチレンアゴニストKUT15はStriga発芽誘導活性有する。今回ポット試験を用いてそのストリゴラクトンミミックと比較した優位性を確認できた。この化合物の特徴は同じ自殺発芽誘導剤であるストリゴラクトンミミックと比較して圧倒的に安定でありかつ実際の利用に際しては障害となるコンディショニングを必要としないことである。
Strigaにおいてジベレリンは発芽促進しないとの報告であったが、精査によりジベレリンが発芽促進することを見出した。そこでStrigaにおけるジベレリン受容体のクローニングを行うことで、そのジベレリンへの親和性を調査中である。

現在までの達成度 (区分)
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

ストリゴラクトン生合成阻害剤であるTIS108は宿主であるイネ、ソルガム、トマトの形態に影響を与えることなく、ストリゴラクトンの生合 成を阻害できる化合物である。本年度はこの理由について追究を行い、イネのストリゴラクトン生合成に関わるチトクロームP450であ るMAX1の3つのホモログの活性を阻害すること、一方で生合成中間体であるカーラクトンから生じるカーラクトン酸メチルの生成には影響しないことも明らかにした。これが形態に影響を与えない理由であると考えたが、これまで報告されているカーラクトン酸メチルの中間体であるカーラクトン酸量はTIS108処理により明瞭に減少している。この理由としてはメチルカーラクトン酸のカーラクトン酸を経由しない生合成経路がある可能性が想定された。またTIS108より活性の高い生合成阻害剤であるKK55の開発に成功し報告した。現在この化合物の作用部位についても追究中である。
エチレンアゴニストの開発については順調に推移しているが、エチレン受容体に関連した研究部分が遅れている。特にエチレン受容体の結晶化に関しては、ようやく単量体としての精製技術を確立できたことであり、この点は予定よりやや遅れているが、世界で誰も成功していない試みであり、進展したことは評価できる。また、エチレンアゴニストのプローブ化についても遅れている。またエチレン受容体阻害剤については、1MCPの誘導体化を行うことでプローブ化可能な化合物の合成をめざしているが、現在阻害剤を見出すことはできたもののその活性は低い状況である。
Strigaにおいてジベレリンは発芽促進しないとの報告であったが、精査によりジベレリンが発芽促進することを見出した。そこでStrigaにおけるジベレリン受容体のクローニングを行うことで、そのジベレリンへの親和性を調査中である。

今後の研究の推進方策

ストリゴラクトン生合成阻害剤については、より高活性化を求めて構造活性相関研究を展開する必要がある。また生合成阻害剤はストリゴラクトンアゴニストと比較して圧倒的に安定であり、この利点を活用した処理方法を考案する必要がある。
エチレンアゴニストのプローブ化については、すでに高活性型エチレンアゴニストを取得しており、この構造活性相関を追究することで、プローブ化する部位を決定できると考えている。またエチレン受容体阻害剤については、1MCPの誘導体化を行うことでプローブ化可能な化合物の合成をめざしていたが、今後はこれまでの結果を活用し、これまでと異なる部位について構造変換を行う必要がある。エチレン受容体については本研究において、大腸菌で発現したAtETR1の全長(f)と一部(TM+GAF、b)および酵母P. pastorisで発現したAtETR1の一部(TM+GAF、b)は分子間ジスルフィド結合が形成されていないモノマーであることが示された。もし分子間ジスルフィド結合が形成されていなければ、P. pastoris発現系はAtETR1発現には適していないことになるので、S. cerevisiae発現系を導入する。
Strigaにおけるジベレリン受容体のクローニングを行うことで、そのジベレリンへの親和性を調査している。将来的にはStrigaジベレリン受容体に対して親和性の高いジベレリンアゴニストの開発を行うことで新しい戦略であるStrigaジベレリン受容体の活性化による自殺発芽の促進を達成できる。

  • 研究成果

    (27件)

すべて 2020 2019 その他

すべて 国際共同研究 (2件) 雑誌論文 (7件) (うち国際共著 3件、 査読あり 7件、 オープンアクセス 4件) 学会発表 (17件) (うち招待講演 4件) 学会・シンポジウム開催 (1件)

  • [国際共同研究] KAUST(サウジアラビア)

    • 国名
      サウジアラビア
    • 外国機関名
      KAUST
  • [国際共同研究] INNERA(ブルキナファソ)

    • 国名
      ブルキナファソ
    • 外国機関名
      INNERA
  • [雑誌論文] A new series of carlactonoic acid based strigolactone analogs for fundamental and applied research2020

    • 著者名/発表者名
      Jamil M, Kountche B, Wang JY, Haider I, Jia KP, Takahashi I, Ota T, Asami T, and Al-Babili S
    • 雑誌名

      Fronties in Plant Science

      巻: 11 ページ: 434

    • DOI

      10.3389/fpls.2020.00434.

    • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
  • [雑誌論文] Suicidal germination as a control strategy for Striga hermonthica (Benth.) in smallholder farms of sub-Saharan Africa2019

    • 著者名/発表者名
      Kountche BA, Jamil M, Yonli D, Nikiema P, Blanco-Ania D, Asami T, Zwanenburg B and Al-Babili S
    • 雑誌名

      Plants People Planet

      巻: 1 ページ: 107-118

    • DOI

      10.1002/ppp3.32

    • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
  • [雑誌論文] Methylation at the C-3′ in D-Ring of Strigolactone Analogs Reduces Biological Activity in Root Parasitic Plants and Rice2019

    • 著者名/発表者名
      Jamil M, Kountche BA, Haider I, Wang JY, Aldossary F, Zarban RA, Jia KP, Yonli D, Hameed UFS, Takahashi I, Ota T, Arold ST, Asami T, and Al-Babili S
    • 雑誌名

      Fronties in Plant Sciences

      巻: 10 ページ: 353-

    • DOI

      10.3389/fpls.2019.00353

    • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
  • [雑誌論文] Triazole ureas covalently bind to strigolactone receptor and antagonize strigolactone responses2019

    • 著者名/発表者名
      Nakamura H, Hirabayashi K, Miyakawa T, Kikuzato K, Hu W, Xu Y, Jiang K, Dohmae D, Tanokura M, and Asami T
    • 雑誌名

      Molecular Plants

      巻: 12 ページ: 44-58

    • DOI

      10.1016/j.molp.2018.10.006

    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Regulation of biosynthesis, perception, and functions of strigolactones for promoting arbuscular mycorrhizal symbiosis and managing root parasitic weeds2019

    • 著者名/発表者名
      Yoneyama K, Xie X, Yoneyama K, Nomura T, Takahashi I, Asami T, Mori N, Akiyama K, Kusajima M, Nakashita H
    • 雑誌名

      Pesticide Management Science

      巻: 75 ページ: 2353-2359

    • DOI

      10.1002/ps.5401

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Synthetic agonist of HTL/KAI2 shows potent stimulating activity for Arabidopsis seed germination2019

    • 著者名/発表者名
      Fukui K, Arai K, Kasahara H, Asami T, Hayashi KI
    • 雑誌名

      Bioorganic and Medicinal Chemistry Letters

      巻: 29 ページ: 2487-2492

    • DOI

      10.1016/j.bmcl.2019.07.018

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Synthesis and biological evaluation of novel triazole derivatives as strigolactone biosynthesis inhibitors2019

    • 著者名/発表者名
      Kawada K, Takahashi I, Arai M, Sasaki Y, Asami T, Yajima S, Ito S
    • 雑誌名

      Journal of Food and Agricultural Chemistry

      巻: 67 ページ: 6143-6149

    • DOI

      10.1021/acs.jafc.9b01276

    • 査読あり
  • [学会発表] 植物の形態と生物環相互作用の選択制御2019

    • 著者名/発表者名
      浅見忠男、伊藤晋作、野村崇人
    • 学会等名
      日本農芸化学2020年度大会
    • 招待講演
  • [学会発表] 多機能性物質カリキンの受容体阻害剤の創製2019

    • 著者名/発表者名
      酒井寿彦、喜久里貢、高橋郁夫、中村英光、浅見忠男
    • 学会等名
      日本農芸化学2020年度大会
  • [学会発表] 化学生物学と代謝化学の相互乗入が生む植物ケミカル研究の新展開2019

    • 著者名/発表者名
      浅見忠男
    • 学会等名
      第61回日本植物生理学会年会
    • 招待講演
  • [学会発表] アフリカサブサハラならびにモンゴルにおける持続的生産性向上目指す植物ホルモン研究2019

    • 著者名/発表者名
      浅見忠男
    • 学会等名
      学術会議シンポジウム
    • 招待講演
  • [学会発表] 根寄生雑草ストライガのストリゴラクトン受容体ホモログの機能解析と阻害剤探索2019

    • 著者名/発表者名
      6)関真太郎、喜久里貢、今村優作、高橋郁夫、福井康祐、徐玉群、宮川拓也、田野倉優、中村英光、浅見忠男
    • 学会等名
      日本農薬学会第45回大会
  • [学会発表] シクロプロペン型新規エチレン作用阻害剤の創製2019

    • 著者名/発表者名
      小山倫之、財前穂波、太田剛、浅見忠男
    • 学会等名
      農薬デザイン研究会
  • [学会発表] 多機能性物質カリキンの受容体阻害剤探索とその応用に関する研究2019

    • 著者名/発表者名
      酒井寿彦、姜凱、喜久里貢、高橋郁夫、徐玉群、宮川拓也、田野倉優、中村英光、浅見忠男
    • 学会等名
      農薬デザイン研究会
  • [学会発表] CHEMICALS that control Striga germination2019

    • 著者名/発表者名
      Tadao Asami
    • 学会等名
      15th WCPP
    • 招待講演
  • [学会発表] Development of propiconazole derivatives as strigolactone biosynthesis inhibitors2019

    • 著者名/発表者名
      Ikuo Takahashi, Hikaru Koishihara, Salim Al-Babili, Tadao Asami
    • 学会等名
      15th WCPP
  • [学会発表] エチレン受容体の全長とリガンド結合領域の組換えタンパク質の発現2019

    • 著者名/発表者名
      長谷川恵一、陸鵬、高橋郁夫、片山幸江、盧翌、岡本研、鈴木道生、中村英光、中嶋正敏、浅見忠男、永田宏次
    • 学会等名
      日本農芸化学会2019年度大会
  • [学会発表] 寄生雑草Strigaによる被害低減を可能にする自殺発芽誘導剤2019

    • 著者名/発表者名
      財前穂波、水野翼、中村英光、浅見忠男
    • 学会等名
      農薬学会大会
  • [学会発表] Progesterone regulates strigolactone biosynthesis2019

    • 著者名/発表者名
      Ito S, Hanawa K, Takahashi I, Sasaki Y, Asami T, Yajima S
    • 学会等名
      The 23rd International Conference on Plant Growth Substances
  • [学会発表] Synthesis and biological evaluation of novel triazole deriveatives as strigolactone biosynthesis inhibitors2019

    • 著者名/発表者名
      Kawada K, Arai M, Takahashi I, Sasaki Y, Asami T, Yajima S, Ito S
    • 学会等名
      The 23rd International Conference on Plant Growth Substances
  • [学会発表] DEVELOPMENT OF STRIGOLACTONE AGONISTS POSSESSING SELECTIVITY FOR DWARF14 RECEPTOR2019

    • 著者名/発表者名
      Takahashi I, Ota T, Asami T
    • 学会等名
      The 23rd International Conference on Plant Growth Substances
  • [学会発表] カーラクトンアナログ型新規ストリゴラクトン生合成阻害剤の開発2019

    • 著者名/発表者名
      川田紘次郎、小野田聡、野村崇人、佐々木康幸、矢嶋俊介、伊藤晋作
    • 学会等名
      植物化学調節学会第54回大会
  • [学会発表] 新規複素環ストリゴラクトン生合成阻害剤の探索2019

    • 著者名/発表者名
      川田紘次郎、内田裕也、野村崇人、佐々木康幸、浅見忠男、矢嶋俊介、伊藤晋作
    • 学会等名
      日本農薬学会第45回大会
  • [学会発表] 基質アナログ型ストリゴラクトン生合成阻害剤の探索2019

    • 著者名/発表者名
      川田紘次郎、内田裕也、小野田聡、佐々木康幸、野村崇人、矢嶋俊介、伊藤晋作
    • 学会等名
      日本農薬学会第45回大会
  • [学会・シンポジウム開催] Bill & Gates Fund Kick-off meeting2019

URL: 

公開日: 2021-01-27  

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