植物による有用物質生産の新規化学制御技術の創成

2023 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 22K19160
• 研究機関: 東京理科大学
• 研究代表者: 朽津 和幸 東京理科大学, 創域理工学部生命生物科学科, 教授 (50211884)
• 研究期間 (年度): 2022-06-30 – 2024-03-31
• キーワード: 特化代謝 / ジャスモン酸 / フェニルプロパノイド経路 / サリチル酸 / 耐病性 / 耐虫性 / 構造活性相関解析

研究実績の概要

一般に植物のサリチル酸経路とジャスモン酸経路は相互に抑制的に機能すると考えられているが、シロイヌナズナに本化合物を処理すると、ジャスモン酸蓄積にやや遅れてサリチル酸の蓄積が誘導された。本化合物を処理した時系列トランスクリプトーム解析の結果、ジャスモン酸・サリチル酸の内生量増加に先行して生体防御応答に関連した遺伝子発現が誘導され、ジャスモン経路関連遺伝子・サリチル酸経路関連遺伝子に加えて、フェニルプロパノイド経路等の特化代謝関連遺伝子の発現が誘導されることが明らかになった。シロイヌナズナの成熟個体に処理すると、ジャスモン酸経路関連遺伝子の発現が誘導され、灰色カビ病菌、害虫ミカンキイロアザミウマに対する抵抗性が強化された。Nicotiana benthamianaに処理するとクローバ葉脈ウイルスの増殖を抑制した。このように本化合物処理により、広範な病原体に対する耐病性、植食昆虫に対する耐虫性を向上させることが明らかとなった。
構造類縁体を合成し、構造活性相関解析を進め、活性に影響の少ない官能基を同定した。こうした知見に基づいて、複数種のビオチン化誘導体を合成し、標的候補タンパク質の探索・同定を進めた。
植物培養細胞に本化合物を処理し、代謝産物の分析を進めた。
ゼニゴケに本化合物を処理すると、感染シグナル誘導性の防御応答を亢進する効果を持つことを見出した。このように本化合物は、広範な植物種に効果を示すことが明らかとなった。

研究成果

• [雑誌論文] Roadmap for the next decade of plant programmed cell death research (2024)
  • 著者名/発表者名: Kacprzyk Joanna、(他11名）、Kuchitsu Kazuyuki、Nowack Moritz K.、Rogers Hilary J.、Van Breusegem Frank、Gunawardena Arunika H. L. A. N.、McCabe Paul F.
  • 雑誌名: New Phytologist 巻: 242 ページ: 1865～1875
  • DOI: 10.1111/nph.19709
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Growth control of Marchantia polymorpha gemmae using nonthermal plasma irradiation (2024)
  • 著者名/発表者名: Tsuboyama Shoko、Okumura Takamasa、Attri Pankaj、Koga Kazunori、Shiratani Masaharu、Kuchitsu Kazuyuki
  • 雑誌名: Scientific Reports 巻: 14 ページ: 3172
  • DOI: 10.1038/s41598-024-53104-1
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Rapid Propagation of Ca2+ Waves and Electrical Signals in the Liverwort <i>Marchantia polymorpha</i> (2024)
  • 著者名/発表者名: Watanabe Kenshiro、Hashimoto Kenji、Hasegawa Kota、Shindo Hiroki、Tsuruda Yushin、Kupisz Kamila、Koselski Mateusz、Wasko Piotr、Trebacz Kazimierz、Kuchitsu Kazuyuki
  • 雑誌名: Plant and Cell Physiology 巻: 65 ページ: 660～670
  • DOI: 10.1093/pcp/pcad159
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Enhanced Ca²⁺ binding to <scp>EF</scp>‐hands through phosphorylation of conserved serine residues activates <scp>MpRBOHB</scp> and chitin‐triggered <scp>ROS</scp> production (2023)
  • 著者名/発表者名: Hashimoto Takafumi、Hashimoto Kenji、Shindo Hiroki、Tsuboyama Shoko、Miyakawa Takuya、Tanokura Masaru、Kuchitsu Kazuyuki
  • 雑誌名: Physiologia Plantarum 巻: 175 ページ: e14101
  • DOI: 10.1111/ppl.14101
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Novel in silico screening system for plant defense activators using deep learning-based prediction of reactive oxygen species accumulation. (2023)
  • 著者名/発表者名: Masayuki Kogoshi, Daiki Nishio, Nobutaka Kitahata, Hayato Ohwada, Kazuyuki Kuchitsu, Hideyuki Mizuno & Takamitsu Kurusu
  • 雑誌名: Plant Methods 巻: 19 ページ: 142
  • DOI: 10.1186/s13007-023-01118-7
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Diversity and characteristics of plant immunity-activating bacteria from Brassicaceae plants (2023)
  • 著者名/発表者名: Kaneko Hiroki、Miyata Fuma、Kurokawa Mari、Hashimoto Kenji、Kuchitsu Kazuyuki、Furuya Toshiki
  • 雑誌名: BMC Microbiology 巻: 23 ページ: 175
  • DOI: 10.1186/s12866-023-02920-y
  • 査読あり / オープンアクセス
• [学会発表] 植物のジャスモン酸・サリチル酸双方の経路を活性化する化合物の抵抗性誘導効果と作用機構の解析 (2024)
  • 著者名/発表者名: 小川 瑞貴, 並木 健太郎, 遠矢 龍平, 小川 聡太, 星野 正剛, 粟野 眞妃, 舟橋 汰樹, 北畑 信隆, 斉藤 優歩, 中野 正貴, 橋本 研志, 倉持 幸司, 安部 洋, 浅見 忠男, 木村 成介, 朽津 和幸
  • 学会等名: 日本植物病理学会
• [学会発表] ゼニゴケの細胞分裂・成長制御における活性酸素種の役割と、低温プラズマ照射の影響の解析 (2024)
  • 著者名/発表者名: 坪山 祥子・朽津和幸
  • 学会等名: 第2回プラズマ種子科学研究会
  • 招待講演
• [学会発表] ジャスモン酸とサリチル酸の蓄積を誘導する CY8 の構造活性相関と結合タンパク質の探索 (2023)
  • 著者名/発表者名: 粟野 眞妃, 男澤 翔矢, 根本 健司 , 斉藤 優歩, 舟橋 汰樹 , 小川 瑞貴 , 星野 正剛, 北畑 信隆 , 中野 正貴 , 橋本 研志 , 朽津 和幸 , 古山 祐貴 , 倉持 幸司
  • 学会等名: 日本農薬学会第37回農薬デザイン研究会
• [学会発表] ジャスモン酸・サリチル酸双方の経路を活性化する化合物の効果と作用機序の解析 (2023)
  • 著者名/発表者名: 小川 聡太, 並木 健太郎 , 遠矢 龍平 , 小川 瑞貴 , 粟野 眞妃 , 舟橋 汰樹 , 北畑 信隆 ,斉藤 優歩 , 中野 正貴 , 橋本 研志 , 倉持 幸司 , 安部 洋 , 浅見 忠男 , 木村 成介 , 朽津 和幸
  • 学会等名: 植物化学調節学会第58回大会
• [学会発表] 低温プラズマによる植物の成長制御の分子メカニズム: 植物における活性酸素種の生理的役割 (2023)
  • 著者名/発表者名: 朽津 和幸,坪山 祥子,橋本 貴史,橋本 研志,奥村 賢直,古閑 一憲,白谷 正治
  • 学会等名: 第33回日本MRS年次大会
  • 招待講演
• [学会発表] Reactive oxygen species produced in the apoplast by NADPH oxidases play critical roles in regulating the structure and mechanical properties of the cell wall in Marchantia polymorpha. (2023)
  • 著者名/発表者名: Kenji Hashimoto, Mariko Higashijima, Kayo Kamiya, Yuto Yamashita, Kazuyuki Kuchitsu
  • 学会等名: Taiwan-Japan Plant Biology 2023
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Critical Roles and molecular mechanisms of Nox/Rboh-mediated ROS production in the regulation of cell division and cell cycle progression in Marchantia polymorpha (2023)
  • 著者名/発表者名: Yuto Yamashita, Yuki Hagiwara, Kenji Hashimoto, Hidemasa Suzuki, Ryuichi Nishihama, Kazuyuki Kuchitsu
  • 学会等名: Taiwan-Japan Plant Biology 2023
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Spatio-temporal Pattern Analysis of Spontaneous Ca2+ Spikes in Marchantia polymorpha. (2023)
  • 著者名/発表者名: Erina Seno, Yuka Yoshizawa, Yuto Yamashita, Kenji Hashimoto, Kazuyuki Kuchitsu
  • 学会等名: Taiwan-Japan Plant Biology 2023
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Mode of action and possible application of a novel compound that induces the accumulation of both jasmonic acid and salicylic acid in Arabidopsis. (2023)
  • 著者名/発表者名: Mizuki Ogawa, Kentaro Namiki, Ryuhei Toya, Sota Ogawa, Seigo Hoshino, Manami Awano, Hinaho Uesugi, Taiki Funahashi, Nobutaka Kitahata, Yuho Saito, Masataka Nakano, Kenji Hashimoto, Hiroshi Abe, Tadao Asami, Seisuke Kimura, Kouji Kuramochi, Kazuyuki Kuchitsu
  • 学会等名: Taiwan-Japan Plant Biology 2023
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Spontaneous spikes, fluctuation and oscillation of calcium ion concentration in plants: possible significance in morphogenesis, signal transmission and environmental adaptation. (2023)
  • 著者名/発表者名: Kazuyuki Kuchitsu
  • 学会等名: Hybrid QBIC Workshop
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Mode of action and possible application of a novel compound that induces the accumulation of both jasmonic acid and salicylic acid in Arabidopsis. (2023)
  • 著者名/発表者名: Mizuki Ogawa, Kentaro Namiki, Ryuhei Toya, Sota Ogawa, Seigo Hoshino, Manami Awano, Hinaho Uesugi, Taiki Funahashi, Nobutaka Kitahata, Yuho Saito, Masataka Nakano, Kenji Hashimoto, Hiroshi Abe, Tadao Asami, Seisuke Kimura, Kouji Kuramochi, Kazuyuki Kuchitsu
  • 学会等名: Hybrid QBIC Workshop
  • 国際学会
• [学会発表] シロイヌナズナにジャスモン酸とサリチル酸の蓄積を誘導する化合物の抵抗性誘導効果と作用機序の解析 (2023)
  • 著者名/発表者名: 遠矢 龍平, 並木 健太郎, 小川 聡太, 小川 瑞貴, 星野 正剛, 粟野 眞妃, 上杉 日奈保, 舟橋 汰樹 , 北畑 信隆, 斉藤 優歩, 中野 正貴, 橋本 研志, 倉持 幸司, 安部 洋, 浅見 忠男, 木村 成介, 朽津 和幸
  • 学会等名: 令和５年度日本植物病理学会関東部会
• [学会発表] シロイヌナズナにジャスモン酸とサリチル酸の蓄積を誘導する化合物の作用機序とその応用 (2023)
  • 著者名/発表者名: 小川 瑞貴, 並木 健太郎, 遠矢 龍平, 小川 聡太, 星野 正剛, 粟野 眞妃, 上杉 日奈保, 舟橋 汰樹, 北畑 信隆, 斉藤 優歩, 中野 正貴, 橋本 研志, 倉持 幸司, 安部 洋, 浅見 忠男, 木村 成介, 朽津 和幸
  • 学会等名: 第40回日本植物バイオテクノロジー学会（千葉）大会
• [学会発表] 植物の生き方・情報処理・生体防御 (2023)
  • 著者名/発表者名: 朽津 和幸
  • 学会等名: 日本薬理学会関東部会
  • 招待講演
• [学会発表] Programmed Cell Death in Plants: Elicitor-triggered PCD in cultured cells and autophagy-mediated PCD in rice tapetum during pollen maturation. (2023)
  • 著者名/発表者名: Kazuyuki Kuchitsu
  • 学会等名: New Phytologist Plant Programmed Cell Death Meeting
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Mode of action of a novel putative plant defense activator that induces the accumulation of both jasmonic acid and salicylic acid in Arabidopsis. (2023)
  • 著者名/発表者名: Kazuyuki Kuchitsu, Kentaro Namiki, Taiki Funahashi, Nobutaka Kitahata, Yuho Saito, Masataka Nakano, Kenji Hashimoto, Tadao Asami, Seisuke Kimura, Kouji Kuramochi
  • 学会等名: The 33rd International Conference on Arabidopsis Research
  • 国際学会
• [学会発表] Roles of reactive oxygen species in plant development: Growth control of a model liverwort Marchantia polymorpha by nonthermal plasma. (2023)
  • 著者名/発表者名: Kazuyuki Kuchitsu, Shoko Tsuboyama, Takafumi Hashimoto, Kenshiro Watanabe, Kenji Hashimoto, Takamasa Okumura, Kazunori Koga, Masaharu Shiratani
  • 学会等名: The 7th International Symposium on Plasma & Fine Bubbles to Agriculture and Aquaculture
  • 国際学会 / 招待講演