寄生植物ストライガを制御する機能性分子の開発

2015 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 15J04926
• Research Institution: Nagoya University
• Principal Investigator: 吉村 柾彦 名古屋大学, 理学研究科, 特別研究員(DC1)
• Project Period (FY): 2015-04-24 – 2018-03-31
• Keywords: ストリゴラクトン / 蛍光プローブ / 受容体同定 / バイオイメージング

Outline of Annual Research Achievements

ストライガは作物の根に寄生し、養分と水を奪い取って成長する寄生植物として知られている。現在、ストライガはアフリカの農業に大きな損害をもたらしており、その被害額は年間にして約1兆円にものぼるといわれている。ストライガはホスト植物が土壌中に放出している分子「ストリゴラクトン」を認識して発芽する。この仕組みを理解することはストライガによる農業問題の解決の糸口になると考えられているが、その鍵となるストリゴラクトン受容体および発芽にいたる分子メカニズムはこれまでほとんど分かっていなかった。本研究では、ストリゴラクトン受容体の同定および発芽メカニズムの解明を目指し、ストリゴラクトン受容体の働きを可視化する分子YLGを設計、合成した。従来の生物学的手法だけではストライガの発芽に関わるストリゴラクトン受容体を同定することは困難であったが、YLGを用いることにより10個のストリゴラクトン受容体を同定することができた。さらに、YLGの誘導体として合成したYLGWにより、ストライガの発芽過程におけるストリゴラクトンの受容を可視化することに成功した。ストライガが発芽する際のストリゴラクトン受容のダイナミクスを観察することで、ストリゴラクトンの新しいシグナル伝達機構を明らかにすることができた。本研究成果は、ストライガの発芽制御分子の開発を飛躍的に加速するため、ストライガによる農業被害の解決に貢献すると期待される。

Current Status of Research Progress

1: Research has progressed more than it was originally planned.

Reason

本申請者が設計、合成したYLGはストライガの発芽刺激活性（ストリゴラクトン様活性）と受容体の働きを蛍光により可視化する機能をあわせもつ発蛍光性ストリゴラクトンアゴニストである。この分子を用いることで、今まで同定することが困難であったストライガの発芽に関わるストリゴラクトン受容体を同定するだけでなく、発芽過程におけるストリゴラクトン受容体によるストリゴラクトン受容のダイナミクスを可視化することにも成功した。以上から満足な進展があったと考える。

Strategy for Future Research Activity

今後の研究目標は、ストライガの発芽を小分子により制御することである。ストリゴラクトン受容体に結合する分子をYLGを用いて迅速探索することでストライガの発芽制御分子を開発する。

Research Products

• [Journal Article] Probeing strigolactone receptors in Striga hermonthica with fluorescence (2015)
  • Author(s): Yuichiro Tsuchiya, Masahiko Yoshimura, Yoshikatsu Sato, Keiko Kuwata, Shigeo Toh, Duncan Holbrook-Smith, Hua Zhang, Peter McCourt, Kenichiro Itami, Toshinori Kinoshita, Shinya Hagihara
  • Journal Title: Science Volume: 349 Pages: 864-868
  • DOI: 10.1126/science.aab3831
  • Peer Reviewed / Int'l Joint Research / Acknowledgement Compliant
• [Presentation] Chemical biology of strigolactone receptor (2016)
  • Author(s): Masahiko Yoshimura, Yuichiro Tsuchiya, Yoshikatsu Sato, Ayato Sato, Keiko Kuwata, Kenichiro Itami, Toshinori Kinoshita and Shinya Hagihara
  • Organizer: The 96th Annual Meeting 2016 of CSJ
  • Place of Presentation: 同志社大学
  • Year and Date: 2016-03-27 – 2016-03-27
• [Presentation] Probing strigolactone receptor of Striga hermonthica with fluorescence (2016)
  • Author(s): Masahiko Yoshimura, Yuichiro Tsuchiya, Yoshikatsu Sato, Ayato Sato, Keiko Kuwata, Shigeo Toh, Duncan Holbrook-Smith, Hua Zhang, Peter McCourt, Kenichiro Itami, Toshinori Kinoshita and Shinya Hagihara
  • Organizer: IGER Annual Meeting 2015
  • Place of Presentation: 名古屋大学
  • Year and Date: 2016-01-08 – 2016-01-08
• [Presentation] Approach to the Striga problem using fluorescence turn-on probe for strigolactone perception (2016)
  • Author(s): Masahiko Yoshimura, Yuichiro Tsuchiya, Yoshikatsu Sato, Ayato Sato, Keiko Kuwata, Shigeo Toh, Duncan Holbrook-Smith, Hua Zhang, Peter McCourt, Kenichiro Itami, Toshinori Kinoshita and Shinya Hagihara
  • Organizer: The 4th Plant Imaging Meeting
  • Place of Presentation: 名古屋大学
  • Year and Date: 2016-01-08 – 2016-01-08
  • Invited
• [Presentation] Development of novel germination stimulant for Striga (2015)
  • Author(s): Masahiko Yoshimura, Yuichiro Tsuchiya, Yoshikatsu Sato, Ayato Sato, Keiko Kuwata, Shigeo Toh, Duncan Holbrook-Smith, Hua Zhang, Peter McCourt, Kenichiro Itami, Toshinori Kinoshita and Shinya Hagihara
  • Organizer: Pacifichem 2015
  • Place of Presentation: Honolulu, Hawaii
  • Year and Date: 2015-12-16 – 2015-12-16
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Approach to the Striga problem using fluorescence turn-on probe for strigolactone perception (2015)
  • Author(s): Masahiko Yoshimura, Yuichiro Tsuchiya, Yoshikatsu Sato, Ayato Sato, Keiko Kuwata, Shigeo Toh, Duncan Holbrook-Smith, Hua Zhang, Peter McCourt, Kenichiro Itami, Toshinori Kinoshita and Shinya Hagihara
  • Organizer: NIBB Retreat 2015
  • Place of Presentation: 基礎生物学研究所
  • Year and Date: 2015-11-25 – 2015-11-25
  • Invited
• [Presentation] Approach to the Striga problem using fluorescence turn-on probe for strigolactone perception (2015)
  • Author(s): Masahiko Yoshimura, Yuichiro Tsuchiya, Yoshikatsu Sato, Ayato Sato, Keiko Kuwata, Shigeo Toh, Duncan Holbrook-Smith, Hua Zhang, Peter McCourt, Kenichiro Itami, Toshinori Kinoshita and Shinya Hagihara
  • Organizer: ITbM/IGER Chemistry Workshop, Symposium of Organic Chemistry by Students
  • Place of Presentation: 名古屋大学
  • Year and Date: 2015-10-30 – 2015-10-30
• [Book] 化学 (2016)
  • Author(s): 萩原伸也、吉村柾彦、土屋雄一朗、木下俊則、伊丹健一郎
  • Total Pages: 4
  • Publisher: 化学同人
• [Remarks] アフリカの食糧問題に希望の光 ～ 寄生植物の発芽を制御するタンパク質を発見 ～
  • URL: http://www.itbm.nagoya-u.ac.jp/ja/research/2015/08/Yoshimulactone-Striga.php
• [Patent(Industrial Property Rights)] 蛍光プローブ、及びそれを用いたストライガ発芽調節物質のスクリーニング方法 (2015)
  • Inventor(s): 萩原伸也、土屋雄一朗、吉村柾彦、伊丹健一郎、木下俊則
  • Industrial Property Rights Holder: 萩原伸也、土屋雄一朗、吉村柾彦、伊丹健一郎、木下俊則
  • Industrial Property Rights Type: 特許
  • Industrial Property Number: 2015-132707
  • Filing Date: 2015-07-06