Discovery Sagaサイレントキーワード俯瞰

ストリゴラクトン / イネ / 病害抵抗性誘導 / いもち病 / サリチル酸 / ジャスモン酸 / ファイトアレキシン / 全身獲得抵抗性 / 植物免疫応答 / 受容体 / 植物ホルモン

代表者らはイネのストリゴラクトン（SL）受容体D14の過剰発現体(OsD14ox)においていもち病への抵抗性が向上していることを見出していた。そこで本研究課題ではOsD14ox における抵抗誘導性について詳しく解析した。OsD14oxでは活性酸素種やファイトアレキシンが増加していた。またRNA-seqを用いて、遺伝子発現パターンの網羅的解析を行った結果、OsD14oxにおいて、特に病原菌耐性を付与する受容体様遺伝子群の発現が上昇していることを見出した。さらにD14と相互作用する因子について解析し、 D14と他のシグナル伝達因子との相互作用も新たに見出した。

人類において食料の安定的な生産のための植物保護科学は今後もますます重要であるが、持続可能な農業のために、化学農薬、天敵農薬、物理的防除などさまざまな方法を組み合わせた総合防除法を用いて、環境や農家に負担の少ない病害防除法を模索していく必要がある。植物ホルモンの病害抵抗性誘導作用をうまく利用することもその一つの解決策となりうる。本課題では植物ホルモンの一種であるストリゴラクトンがイネにおいて病害誘導性を引き起こすメカニズムについての新たな知見を得ることができた。この成果は新たな作物の総合防除法の開発のための有用な知見となりうる。

イネ / 病害抵抗性 / ファイトアレキシン / サイトカイニン / ジャスモン酸 / シグナル伝達 / ゲノム編集 / 環境保全型病害抵抗性制御技術 / いもち病菌 / イソペンテニル基転位酵素 / CRISPR/Cas9 / 環境調和型農林水産 / 植物の病害抵抗性 / 植物ホルモン

本研究では、イネの病害抵抗性反応の制御に関与する２種の植物ホルモンであるサイトカイニン(CK)とジャスモン酸(JA)の相互作用を解明することを目的とした。イネにおいて、病原菌感染等のストレスにより誘導されるCK生合成の鍵遺伝子を同定するとともに、JA生合成変異体cpm2を用いたゲノム編集によりCK欠損変異体や CK・JA二重欠損変異体を作製した。さらに、これらの変異体を用いて、イネの病害抵抗性の制御にCKとJAが協調的に作用していることを明らかにした。また、イネにおけるファイトアレキシン生産などの病害抵抗性が暗黒下で抑制されることを示すとともにこの抑制がショ糖の外生投与で回復することも示した。

イネにおいて、ファイトアレキシン生産などの病害抵抗性反応の制御にジャスモン酸(JA)やサイトカイニン(CK)などの植物ホルモンが関与することが示唆されていたが、その詳細は不明であった。本研究では、JA生合成変異体であるcpm2を用いたゲノム編集によりCK欠損変異体やCK・JA二重欠損変異体を作製し、それらの変異体を用いて、JAとCKがイネの病害抵抗性の制御において協調的に機能していることを実証した。本研究によって得られた成果は、病害抵抗性の制御機構に新規な知見をもたらしただけでなく、植物ホルモンを用いた環境保全型の新たな病害抵抗性付与技術開発のための基盤となる知見を提供するものと考えられる。

穀実作物(イネ・ダイズ) / 植物ホルモン(エチレン、アブシジン酸) / 幼穂形成 / 葉身・葉鞘 / 糖類(デンプン、スクロース) / 光依存性 / イネ / エチレン / 植物ホルモン / 穀実形成 / デンプン / スクロース / 日変化 / 収量形成 / 2,4-D / カルス / 種特異性 / シンク / デンプン集積 / 環境応答 / 機能突然変異 / エチレン生成遺伝子

本研究は、イネの幼苗期をも含めた開花後の植物体への炭酸同化産物の集積・分配に対する植物ホルモンの能動的な関わりを分子生理・生態学的に解明することを目的とした。実験材料としてダイズも用いた。
1.幼苗期イネの葉の明暗条件下でのエチレン生成反応を見ると、2葉期葉身は暗条件下で生成が促進される3葉期以降の葉期とは違って、葉鞘と同様に光条件下で促進された。従属栄養状態の2葉期は葉身にデンプン等の糖類の蓄積が見られ、その光条件下でのエチレン生成促進は葉身が一時的にシンク器官になることと相関する。移植苗の生理状態を知る上で示唆的である。開花後の登熟期ではデンプン貯蔵器官、あるいは一時的貯留器官である穂、桿、葉鞘は何れも光条件下でエチレン生成が促進された。本研究における新知見の一つである。この光は約8千ルックス程度の形態形成に関わる弱光が効果的であった。
2.穂におけるエチレン生成と糖類の蓄積との密接な関係は、ユニークな材料である雄性・雌性不稔イネの穂での実験で確認した。穂でのデンプン等の集積(捻実の進行)は、エチレン生成量の明暗比の乳熟後期までの上昇と平行関係にあり、エチレンの光中での糖類集積への寄与が強く示唆された。
3.ジベレリン(GA)欠損変異イネにおける実験から、イネでは幼穂形成期のGAの十分量の存在が穂の枝梗数、籾数の決定に深く関与することを明らかにした。ブラシノステロイドは、出穂期処理で葉鞘・桿に一時的に貯蔵されるデンプンの穂への転流を促進し、登熟歩合を高めること、また低温登熟を促すことで収量増に寄与することが明らかになった。ダイズでも穀実形成に内生アブシジン酸が関与する結果を得た。
以上、イネ・ダイズの糖類の消長と植物ホルモンの動態についての基礎的、基盤的な新知見を多く得たが、分子生理的なアプローチは不十分であった。今後は、植物ホルモン間の量的・質的相互作用も解明して、作物種の穀実形成とその制御機構をよりダイナミックにとらえ、実用的制御技術を提案できる研究を推進したい。

【研究協力者】
岡田憲典	東京大学	生物生産工学研究センター	准教授	(Kakenデータベース)
宮本晧司	帝京大学	理工学部	講師	(Kakenデータベース)

【研究分担者】
折谷隆志	富山県立大学短期大学部	教授	(Kakenデータベース)
高野哲夫	東京大学	アジア生物資源環境研究センター	助教授	(Kakenデータベース)
米川智司	東京大学	大学院・農学生命科学研究科・附属農場	助教授	(Kakenデータベース)