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寄生植物の発芽誘導の仕組みを解明 | 理化学研究所
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寄生植物の発芽誘導の仕組みを解明 | 60秒でわかるプレスリリース | 理化学研究所
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図1 寄生植物の発芽の仕組み
宿主植物から土壌中に分泌されるストリゴラクトンを認識し、絶対寄生植物であるストライガやオロバンキの種子が発芽する。
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図2 KAI2遺伝子の系統的関係とその役割
ハマウツボ科寄生植物のゲノム中には、寄生植物に特異的なKAI2dグループの遺伝子が重複して存在する。これらKAI2d遺伝子が寄生植物におけるストリゴラクトン受容体であることが分かった。
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図3 シロイヌナズナkai2変異体の改変実験
シロイヌナズナのkai2変異体は発芽しにくくなるが、KAI2遺伝子を導入することによりカリキンに応答した発芽を誘導することができる。また、寄生植物のKAI2d遺伝子の導入によりストリゴラクトンに
応答した発芽を誘導することができる。
ストリゴラクトンという植物ホルモンがあります。この物質は、寄生植物の発芽を誘導するだけでなく、枝分かれや葉の老化など植物の発生段階で作用するとされています。ストライガなどの寄生植物は、
宿主となる植物が現れると、その根から放出されるストリゴラクトンを感じて発芽し、宿主植物に寄生しようとします。寄生植物の中には、宿主となるイネやトウモロコシなどに寄生し大きな農業被害を
もたらす病害雑草があります。このため、農業被害の防止をはかる上でも、寄生植物の発芽の仕組みの解明が急がれていました。
これまでの研究で、シロイヌナズナやイネなどで、ストリゴラクトンの受容体として「D14タンパク質」が発見されています。しかし、寄生植物ではゲノム解析が進んでおらず、受容体は見つかっていません。
また、植物は、D14タンパク質に類似する「KAI2タンパク質」を持っていますが、このタンパク質がストリゴラクトンによる発芽とどう関わるかも不明でした。
共同研究グループは、まず、寄生植物と寄生しない植物のD14タンパク質とKAI2タンパク質をコードする遺伝子の配列を集め、系統解析によって比較してみました。その結果、寄生植物のゲノム中で
KAI2タンパク質をコードする遺伝子の数が増えていることを発見しました。KAI2タンパク質の構造を解析したところ、その一部がシロイヌナズナのD14タンパク質と類似していることが分かりました。このことは、
寄生植物がKAI2タンパク質を使って、ストリゴラクトンを受容していることを示しています。そこで、寄生植物のKAI2タンパク質をシロイヌナズナのKAI2変異体に導入したところ、ストリゴラクトンに反応して
発芽するシロイヌナズナを作ることができました。これらの結果から、寄生植物のKAI2遺伝子はシロイヌナズナのD14遺伝子とは独立して進化し、ストリゴラクトン受容体の機能を獲得したと考えられました。
今回の研究によって、病害寄生雑草の発芽誘導物質の受容体であるKAI2遺伝子群を同定できました。この成果は、寄生植物の発芽阻害剤の探索など、新たな寄生植物防除の方法の開発に
つながる可能性があります。