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東大と東京農工大など、防御物質モミラクトンの生合成遺伝子群がハイゴケのゲノム上で遺伝子クラスターを形成することを解明

発表日:2020年5月12日

収斂進化で産み出された陸上植物のアレロパシー物質モミラクトン

―生合成経路の再構築でコケ類初の生合成遺伝子クラスターを同定―

1.発表者:

Lingfeng Mao(Institute of Crop Science, Zhejiang University 博士課程大学院生:研究当時)

川出 洋(東京農工大学大学院農学研究院 教授)

樋口 俊哉(東京大学生物生産工学研究センター 修士課程大学院生:研究当時)

Meihong Chen(Institute of Crop Science,Zhejiang University 修士課程大学院生:研究当時)

宮本 皓司(帝京大学理工学部 講師)

平田 佳樹(東京農工大学大学院農学研究院 修士課程大学院生:研究当時)

木村 穂乃花(東京農工大学大学院農学研究院 修士課程大学院生:研究当時)

宮崎 翔(東京農工大学大学院農学研究院 特任研究員:研究当時)

照屋 美優(東京大学生物生産工学研究センター 修士課程大学院生:研究当時)

藤原 薫(東京大学生物生産工学研究センター 修士課程大学院生:研究当時)

富田 啓介(東京大学生物生産工学研究センター 博士課程3年生)

山根 久和(帝京大学理工学部 教授:研究当時)

林 謙一郎(岡山理科大学理学部 教授)

野尻 秀昭(東京大学生物生産工学研究センター 教授)

Lei Jia(Institute of Crop Science,Zhejiang University 博士課程3年生)

Jie Qiu(Institute of Crop Science,Zhejiang University 助教)

Chuyu Ye(Institute of Crop Science,Zhejiang University 准教授)

Michael P.Timko(Department of Biology,University of Virginia 教授)

Longjiang Fan(Institute of Crop Science,Zhejiang University 教授)

岡田 憲典(東京大学生物生産工学研究センター 准教授)

2.発表のポイント:

◆植物が生産する防御物質モミラクトン(注1)の生合成遺伝子群が、下等陸上植物の蘚類ハイゴケのゲノム上で遺伝子クラスターを形成することを明らかにしました。

◆モミラクトン生合成遺伝子は高等植物のイネとイヌビエのゲノムでクラスターを形成して存在しますが、本成果はコケ類を含む下等植物からの初めての生合成遺伝子クラスターの発見です。

◆ハイゴケのモミラクトン生合成遺伝子クラスターを利用し、病気やストレスに強い作物を作り出すことで、持続的農業の新展開につながる可能性が期待されます。

3.発表概要:

盆栽に利用されるコケ植物の蘚類ハイゴケ(Calohypnum plumiforme、(注2))は、周りの植物の成長を妨げるアレロパシー物質(注3)としてモミラクトンを生産します。今回、東京大学生物生産工学研究センターの岡田憲典准教授と東京農工大学の川出洋教授、浙江大学Longjiang Fan教授を中心とする研究グループは、ハイゴケのモミラクトン生合成遺伝子群がゲノム上で遺伝子クラスターを構成していることを明らかにしました。これまでに、イネと水田雑草のイヌビエがモミラクトン生合成遺伝子クラスターを持つことが同研究グループにより報告されていましたが、コケ類を含む下等植物での二次代謝化合物の生合成遺伝子クラスターの同定は、モミラクトンが初めての例となります。これらのモミラクトン生産植物では、生合成遺伝子の種類やゲノム上の配置が異なっていることから、陸上植物の進化の過程で独自に遺伝子をクラスター化し、収斂進化(注4)によりモミラクトン生合成能を獲得してきたと考えられます。さらに、ハイゴケ遺伝子をタバコに導入することでコケ由来の生合成経路をタバコ体内で再構築し、モミラクトンAまでの生産にも初めて成功し生合成の全容を解明しました。

これらの成果は、陸上植物がどのようにモミラクトン生合成遺伝子クラスターを用いて生きるための競争力を獲得してきたのかを紐解く重要な手かがりとなるだけでなく、作物の生産における天然農薬としてモミラクトンを利用すると言った、環境調和型次世代農業への第一歩となることが期待されます。

※以下は添付リリースを参照

リリース本文中の「関連資料」は、こちらのURLからご覧ください。

添付リリース

https://release.nikkei.co.jp/attach_file/0533738_01.pdf

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