植物の間接防衛の誘導機構解明と防除への応用

2011 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 19101009
• 研究機関: 京都大学
• 研究代表者: 高林 純示 京都大学, 生態学研究センター, 教授 (10197197)
• 研究分担者: 松井 健二 山口大学, 医学系研究科, 教授 (90199729) ; 松田 一彦 近畿大学, 農学部, 教授 (00199796)
• キーワード: 植物間コミュニケーション / 受容機構 / シロイヌナズナ / 緑のかおり / トマト / 配糖体 / アシルトランスフェラーゼ / ピレトリン

研究概要

シロイヌナズナの野生型およびHPL活性の無いミュータントを用いて緑の香り(て青葉アルコール、青葉アセテート、青葉アルデヒド)が媒介する植物間のコミュニケーションの感度を測定した。その結果、感度は概ね140pptVの緑のかおりに反応できるほどの高さであることを明らかにした。さらに植物間コミュニケーションを利用した害虫防除への応用にむけた実証試験をダイズ圃場で行い、良好な結果を得ている。
トマトで見いだされたヘキセニル配糖体の構造を確定したことを受けて、昨年に引き続き得られたヘキセニル配糖体がハスモンヨトウ成長を阻害することを明らかにした。今年度はこうした取り込み、変換がヘキセノール特異的であることを確認するためさまざまな構造類縁体でトマト無傷植物を処理し、HPLC-MSにより配糖体化特異性を解析した結果、一部の化合物で特異性が認められた。また、配糖体化酵素の同定を引き続いて行なっている。曝露植物でマイクロアレイを実施し、誘導される遺伝子を同定した。
除虫菊は昆虫防御物質として天然殺虫剤ピレトリンを生合成する。ピレトリンは非メバロン酸経路でつくられる酸部とオキシリピン経路でつくられるアルコールとがエステル結合することで生じる。このエステル結合の形成を触媒するアシルトランスフェラーゼを除虫菊の蕾から世界に先駆けて精製し、遺伝子をクローニングしたところ、驚くべきことに酵素はGDSLリパーゼであった。本酵素は基質の菊酸CoAとピレスロロンの絶対配置を厳密に認識した。また、EGFP融合体の挙動を調べたところ酵素は細胞外に分泌され、細胞壁と原形質膜の間に蓄積することが判明した。植物各組織での本酵素遺伝子の発現量はピレトリン含量とよく一致し、遺伝子は傷害に応答して発現したことか、本酵素は除虫菊の対昆虫の防御に重要な役割を果たしていることが示唆された。

研究成果

• [雑誌論文] Plant communication : Mediated by individual or blended VOCs? (2012)
  • 著者名/発表者名: Ueda H., Kikuta Y., Matsuda K.
  • 雑誌名: Plamt Signalling and Behavior(謝辞あり) 巻: (印刷中)(掲載確定)
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• [雑誌論文] Identification and characterization of a GDSL-lipase like protein that catalyzes the ester forming reaction for pyrethrin biosynthesis in Tanacetum cinerariifolium-a new target for plant protection (2012)
  • 著者名/発表者名: Kikuta Y., Ueda H., Takahashi M., Mitsumori M., Yamada G., Sakamori K., Takeda K., Furutani S., Nakayama K., Katsuda Y., Hatanaka A., Matsuda K.
  • 雑誌名: The Plant Journal(謝辞あり) 巻: (印刷中)(掲載確定)
  • 査読あり
• [雑誌論文] Effects of Time After Last Herbivory on the Attraction of Corn Plants Infested with Common Arymworms to a Parasitic Wasp Cotesia kariyai (2011)
  • 著者名/発表者名: Mandour N.S., Kaino Y., Ozawa R., Uefune M., Takabayashi J.
  • 雑誌名: Journal of Chemical Ecology(謝辞あり) 巻: 37 ページ: 267-272
  • DOI: 10.1007/s10886-011-9915-6
  • 査読あり
• [雑誌論文] The Composite Effect of Transgenic Plant Volatiles for Acquired Immunity to Herbivory Caused by Inter-Plant Communications (2011)
  • 著者名/発表者名: Muroi A., Ranadan A., Nishihara M., Yamamoto M., Ozawa R., Takabayashi J., Arimura G.
  • 雑誌名: PloS One(謝辞あり) 巻: 6 ページ: e24594
  • DOI: 10.1371/journal.pone.0024594
  • 査読あり
• [雑誌論文] Do host plant volatiles influence the diel periodicity of caterpillar foraging of all species attacking the same host plant? (2011)
  • 著者名/発表者名: Shiojiri K., McNeil J.N., Takabayashi J.
  • 雑誌名: Journal of Plant Interactions 巻: 6 ページ: 121-123
  • DOI: 10.1080/17429145.2011.557307
  • 査読あり
• [雑誌論文] Interaction between Phaseolus plants and two strains of Kanzawa spider mites (2011)
  • 著者名/発表者名: Ozawa R., Matsushima R., Takabayashi J.
  • 雑誌名: Journal of Plant Interactions(謝辞あり) 巻: 6 ページ: 125-128
  • DOI: 10.1080/17429145.2010.544922
  • 査読あり
• [雑誌論文] Learning of plant volatiles by aphid parasitoids : timing to learn (2011)
  • 著者名/発表者名: Takemoto H., Kainoh Y., Takabayashi J.
  • 雑誌名: Journal of Plant Interactions 巻: 6 ページ: 137-140
  • DOI: 10.1080/17429145.2010.548607
  • 査読あり
• [雑誌論文] Analytical model to predict the number of parasitoids that should be released to control diamondback moth larvae in greenhouses (2011)
  • 著者名/発表者名: Urano S., Uefune M., Abe J., Takabayashi J.
  • 雑誌名: Journal of Plant Interactions(謝辞あり) 巻: 6 ページ: 151-154
  • DOI: 10.1080/17429145.2011.555007
  • 査読あり
• [雑誌論文] Microorgans in herbivorous two-spotted spider mites regulate ecological interactions with lima bean plant (2011)
  • 著者名/発表者名: Ueda E., Ozawa R., Takabayashi J., Maffei M., Matsuda K.
  • 雑誌名: Journal of Plant Interactions(謝辞あり) 巻: 6 ページ: 161
  • DOI: 10.1080/17429145.2010.544912
  • 査読あり
• [雑誌論文] Characterization of the promoter sequence of chitinase gene from lima bean plant (2011)
  • 著者名/発表者名: Sugimoto K., Matsui K., Ozawa R., Takabayashi J.
  • 雑誌名: Journal of Plant Interactions(謝辞あり) 巻: 6 ページ: 163-164
  • DOI: 10.1080/17429145.2010.542566
  • 査読あり
• [雑誌論文] Herbivore-induced carnivore attractants enhance the resident time of carnivores to on a host food plant (2011)
  • 著者名/発表者名: Uefune M., Kugimiya S., Takabayashi J.
  • 雑誌名: Journal of Plant Interactions(謝辞あり) 巻: 6 ページ: 165
  • DOI: 10.1080/17429145.2010.543474
  • 査読あり
• [雑誌論文] Timing matters : release of plant volatiles that are attractive to parasitoids (2011)
  • 著者名/発表者名: Kugimiya S., Shimoda T., Takabayashi J.
  • 雑誌名: Journal of Plant Interactions(謝辞あり) 巻: 6 ページ: 187-188
  • DOI: 10.1080/17429145.2010.543475
  • 査読あり
• [雑誌論文] The role of leaf volatiles in predator avoidance by phytophagous mites (2011)
  • 著者名/発表者名: Choh Y., Takabayashi J.
  • 雑誌名: Journal of Plant Interactions 巻: 6 ページ: 191-192
  • DOI: 10.1080/17429145.2010.543704
  • 査読あり
• [雑誌論文] Preferences of parasitic wasps for cabbage plants infested by plural herbivore species (2011)
  • 著者名/発表者名: Yamamto M., Shiojiri K., Uefune M., Takabayashi J.
  • 雑誌名: Journal of Plant Interactions(謝辞あり) 巻: 6 ページ: 167-168
  • DOI: 10.1080/17429145.2010.543955
  • 査読あり
• [雑誌論文] Can plants evolve stable alliances with the enemies' enemies? (2011)
  • 著者名/発表者名: Sabelis M., Janssen A., Takabayashi J.
  • 雑誌名: Journal of Plant Interactions(謝辞あり) 巻: 6 ページ: 77-80
  • DOI: 10.1080/17429145.2010.545485
  • 査読あり
• [雑誌論文] Monogalactosyl diacylglycerol is a substrate for lipoxygenase : implications for oxylipin formation directly from lipids (2011)
  • 著者名/発表者名: Nakashlma A., Iijima Y., Sasaki T., Shibata D., Sugimoto K., Takabayashi J., Matsui K.
  • 雑誌名: Journal of Plant Interactions(謝辞あり) 巻: 6 ページ: 93-97
  • DOI: 10.1080/17429145.2010.54767
  • 査読あり
• [雑誌論文] Herbivore-induced plant volatiles enhance the ability of parasitic wasps to find hosts on a plant (2011)
  • 著者名/発表者名: Uefune M., Kuglmiya S., Sano K.Takabayashi J.
  • 雑誌名: Journal of Applied Entomology(謝辞あり) 巻: 136 ページ: 133-138
  • DOI: 10.1111/j.1439-0418.2011.01621.x
  • 査読あり
• [雑誌論文] Pyrethrin Biosynthesis and Its Regulation in Chrysanthemum cinerariaefolium. In Pyrethroids-From Chrysanthemum to Man-made Insecticide (2011)
  • 著者名/発表者名: Matsuda K.
  • 雑誌名: Topics in Current Chemistry(謝辞あり) 巻: 314 ページ: 73-82
  • DOI: 10.1007/128_2011_271
• [雑誌論文] VOC-mediated wlthin-plant communications and nonvolatile systemic signals upregulate pyrethrin biosynthesis in wounded seedlings of Chrysanthemum cinerariaefolium (2011)
  • 著者名/発表者名: Ueda H., Matsuda K.
  • 雑誌名: Journal of Plant Interactions(謝辞あり) 巻: 6 ページ: 89-91
  • DOI: 10.1080/17429145.2011.555566
  • 査読あり
• [雑誌論文] Oxylipin-specific cytochrome P450s (CYP74s) in Lotus japonisus : Their implications in response to mechanical wounding and nodule formation (2011)
  • 著者名/発表者名: Yanagi K., Sugimoto K., Matsui K.
  • 雑誌名: Journal of Plant Interactions(謝辞あ0) 巻: 6 ページ: 255-264
  • DOI: 10.1080/17429146.2011.562985
  • 査読あり
• [雑誌論文] 匂いを感じる植物-VOCs受容による生態系モニターシステムー (2011)
  • 著者名/発表者名: 松井健二、杉本貢一
  • 雑誌名: 植物の生長調節 巻: 46 ページ: 78-86
• [雑誌論文] 生態系を支配するかおり-かおりで紡ぐ生物間相互作用- (2011)
  • 著者名/発表者名: 杉本貢一、松井健二
  • 雑誌名: 環境技術 巻: 40 ページ: 15-20
• [雑誌論文] 植物の放散するかおり、植物の感じるかおり (2011)
  • 著者名/発表者名: 松井健二
  • 雑誌名: Aroma Research(謝辞あり) 巻: 12 ページ: 56-60
• [雑誌論文] Effect of anaerobic processing of soybean seeds on properties of tofu (2011)
  • 著者名/発表者名: Matsui K., Takaki S., Shimada K., Hajika M.
  • 雑誌名: Bioscience Biotechnology and Biochemistry 巻: 75 ページ: 1174-1176
  • DOI: 10.1271/bbb.100651
  • 査読あり
• [雑誌論文] Cloning of a thermostable xylanase from Actinomadura sp.S14 and its expression in Escherichia col i and Pichia pastoris (2011)
  • 著者名/発表者名: Sriyapai T., Somyoonsap P., Matsui K., Kawai, F., Chansiri K.
  • 雑誌名: Journal of Bioscience and Bioengineering 巻: 111 ページ: 528-536
  • DOI: 10.1016/j.jbiosc.2010.12.024
  • 査読あり
• [雑誌論文] Differential metabolism of green leaf volatiles in injured and intact parts of a wounded leaf meet distinct ecophysiological requirements
  • 著者名/発表者名: Matsui K., Sugimoto K., Mano J., Ozawa R., Takabayashi J.
  • 雑誌名: PLoS ONE(謝辞あり) 巻: 一(印刷中)(掲載確定)
  • 査読あり
• [学会発表] リママメの食害応答に及ぼすナミハダニの共生微生物の影響 (2012)
  • 著者名/発表者名: 小澤理香、植田浩一、松田一彦、後藤哲雄、高林純示
  • 学会等名: 第56回日本応用動物昆虫学会大会
  • 発表場所: 近畿大学、奈良
  • 年月日: 2012-03-28
• [学会発表] 植物揮発性物質が駆動する生態系生物間相互作用ネットワーク (2012)
  • 著者名/発表者名: 高林純示
  • 学会等名: 日本農芸化学会2012年度大会
  • 発表場所: 京都女子大学、京都
  • 年月日: 2012-03-25
• [学会発表] 揮発性オキシリピンによる植物の生態系での生存戦略 (2012)
  • 著者名/発表者名: 松井健二
  • 学会等名: 日本農芸化学会2012年度大会
  • 発表場所: 京都女子大学、京都
  • 年月日: 2012-03-25
• [学会発表] ナミハダニ内部共生細菌は被食害植物の防御応答反応を調節する (2012)
  • 著者名/発表者名: 植田浩一、小塚理香、Massimo Maffei、高林純示、松田一彦
  • 学会等名: 日本農芸化学会2012年度大会
  • 発表場所: 京都女子大学、京都
  • 年月日: 2012-03-23
• [学会発表] ナミハダニの共生微生物はリママメの間接防衛に影響する (2012)
  • 著者名/発表者名: 小澤理香、植田浩一、松田一彦、後藤哲雄、高林純示
  • 学会等名: 第53回植物生理学会年会
  • 発表場所: 京都産業大学、京都
  • 年月日: 2012-03-18
• [学会発表] みどりの香り化合物に曝露されたトマトのジャスモン酸非依存的なハスモンヨトウ防衛誘導 (2012)
  • 著者名/発表者名: 杉本貢一、松井健二、小澤理香、今西俊介、秋武翔太、岡田憲典、山根久和、矢崎一史、高林純示
  • 学会等名: 第53回植物生理学会年会
  • 発表場所: 京都産業大学、京都
  • 年月日: 2012-03-18
• [学会発表] 植物による生態系揮発化合物受容分子機構 (2012)
  • 著者名/発表者名: 松井健二、杉本貢一
  • 学会等名: 第53回植物生理学会年会
  • 発表場所: 京都産業大学、京都
  • 年月日: 2012-03-17
• [学会発表] Rapid absorption and conversion of green leaf aldehydes by Arabidopsis leaves (2012)
  • 著者名/発表者名: Matsui K
  • 学会等名: Gordon Research Conferences Plant Volatiles
  • 発表場所: Ventura, CA, U.S.A.
  • 年月日: 2012-02-02
• [学会発表] Biological control using plant volatiles that attract specialist parasitic wasps of target pests (2012)
  • 著者名/発表者名: Takabayashi J.
  • 学会等名: Gordon Research Conferences Plant Volatiles
  • 発表場所: Ventura, CA, U.S.A.
  • 年月日: 2012-01-31
• [学会発表] Microorganisms in herbivorous two spotted spider mites (Tetranychs urticae) regulate ecological interactions with lima bean plant (2012)
  • 著者名/発表者名: Ueda H.
  • 学会等名: Gordon Research Conferences Plant Volatiles
  • 発表場所: Ventura, CA, U.S.A.
  • 年月日: 2012-01-31
• [学会発表] Conversion of atmospheric green leaf volatlies into defensive compound in intact tomato plants for plant-to-plant signaling (2012)
  • 著者名/発表者名: Sugimoto K., Matsui K., Ozawa R., Iijma Y., Sasaki R., Akakabe Y., Akitake S., Nobuke T., Aoki K., Shibata D., Takabayashi J.
  • 学会等名: Gordon Research Conferences Plant Volatiles
  • 発表場所: Ventura, CA, U.S.A.
  • 年月日: 2012-01-31
• [学会発表] Rapid absorption and conversion of green leaf aldehydes by Arabidopsis leaves (2011)
  • 著者名/発表者名: Matsui K
  • 学会等名: 第4回アジア植物脂質シンポジウム
  • 発表場所: 香港大学、香港
  • 年月日: 2011-12-04
• [学会発表] Fatty acid derived volatiles emitted from herbivore ingested tomato plants functions for defense induction on intact tomato plants as amobile signal (2011)
  • 著者名/発表者名: Sugimoto K., Matsui K., Ozawa R., Iijima Y., Sasaki R., Akakabe Y., Akitake S., Nobuke T., Aoki K., Shibata D., Takabayashi J.
  • 学会等名: 第4回アジア植物脂質シンポジウム
  • 発表場所: 香港大学、香港
  • 年月日: 2011-12-03
• [学会発表] (Z)-3-Hexenol emitted from common cutworm-infested tomato plants induces jasmonate-independent defense to the intact tomato plants against upcoming herbivore attack (2011)
  • 著者名/発表者名: Sugimoto K., Matsui K., Ozawa R., Iijima Y., Akakabe Y., Akitake S., Sasaki R., Nobuke T., Aoki K., Shibata D.
  • 学会等名: PR-Proteins and Induced Resistance Against Pathogebs and Insects
  • 発表場所: Neuchatel, Switzerland
  • 年月日: 2011-09-06
• [学会発表] Green Leaf Volatiles : Their Formation and Ecological Relevance (2011)
  • 著者名/発表者名: Matsui. K
  • 学会等名: 14th Asian Chemical Congress 2011
  • 発表場所: バンコク(タイ)
  • 年月日: 2011-09-06
• [学会発表] Defensive responses of lima bean plants against two different strains of Kanzawa spicier mites (2011)
  • 著者名/発表者名: Ozawa R., Matsushima R., Ueda H., Takemoto H., Matsuda K., Maffei M.E., Takabayashi J.
  • 学会等名: PR-Proteins and Induced Resistance Against Pathogebs and Insects
  • 発表場所: Neuchatel, Switzerland
  • 年月日: 2011-09-05
• [学会発表] Defensive responses of lima bean plants against two different strains of Kanzawa spider mites (2011)
  • 著者名/発表者名: Ozawa R., Matsushina R., Ueda H., Takemoto H., Matsuda K., Maffei M.E., Takabayashi J.
  • 学会等名: PR-Proteins and Induced Resistance Against Pathogebs and Insects
  • 発表場所: Neuchatel, Switzerland
  • 年月日: 2011-09-05
• [図書] Engineering the biosynthesis of low molecular weight metabolites for quality traits (essential nutrients, health-promoting phytochemicals, volatiles, and aroma compounds). In 'Plant Biotechnology ad Agriculture' eds.Altman, A.and Hasegawa P.M. (2012)
  • 著者名/発表者名: Sato F., Matsui K
  • 総ページ数: 18
  • 出版者: Academic Press (London)(謝辞あり)