2025/10/10 更新

写真a

ツチヤ ユウイチロウ
土屋 雄一朗
TSUCHIYA Yuichiro
所属
トランスフォーマティブ生命分子研究所 特任教授
大学院担当
大学院理学研究科
職名
特任教授

学位 1

  1. 博士(農学) ( 2002年3月   北海道大学 ) 

研究キーワード 7

  1. ケミカルバイオロジー

  2. ストリゴラクトン

  3. 寄生植物

  4. 植物ホルモン

  5. 植物ホルモン

  6. ストリゴラクトン

  7. シグナル伝達

研究分野 2

  1. ライフサイエンス / 植物分子、生理科学  / 植物ホルモン

  2. ライフサイエンス / 植物分子、生理科学

現在の研究課題とSDGs 1

  1. 寄生植物ストライガの発芽に関する研究

経歴 3

  1. 名古屋大学   トランスフォーマティブ生命分子研究所   特任教授

    2021年4月 - 現在

  2. 名古屋大学   トランスフォーマティブ生命分子研究所   特任准教授   特任准教授

    2015年12月 - 2021年3月

  3. 名古屋大学   トランスフォーマティブ生命分子研究所/理学研究科   研究員

    2013年5月 - 2015年11月

学歴 3

  1. 北海道大学   農学研究科   応用生命科学専攻

    1999年4月 - 2002年3月

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    国名: 日本国

  2. 北海道大学   農学研究科   応用生命科学専攻

    1997年4月 - 1999年3月

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    国名: 日本国

  3. 北海道大学   農学部   応用生命科学科

    1993年4月 - 1997年3月

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    国名: 日本国

所属学協会 2

  1. 植物化学調節学会

    2019年 - 現在

  2. 植物整理学会

委員歴 1

  1. 植物化学調節学会   編集委員  

    2024年11月 - 現在   

 

論文 26

  1. A long-distance inhibitory system regulates haustoria numbers in parasitic plants Open Access

    Kokla A., Leso M., Šimura J., Wärdig C., Hayashi M., Nishii N., Tsuchiya Y., Ljung K., Melnyk C.W.

    Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America   122 巻 ( 8 ) 頁: e2424557122   2025年2月

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    記述言語:英語   掲載種別:研究論文(学術雑誌)   出版者・発行元:Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America  

    The ability of parasitic plants to withdraw nutrients from their hosts depends on the formation of an infective structure known as the haustorium. How parasites regulate their haustoria numbers is poorly understood, and here, we uncovered that existing haustoria in the facultative parasitic plants Phtheirospermum japonicum and Parentucellia viscosa suppressed the formation of new haustoria located on distant roots. Using Phtheirospermum, we found that this effect depended on the formation of mature haustoria and could be induced through the application of external nutrients. To understand the molecular basis of this root plasticity, we analyzed hormone response and found that existing infections upregulated cytokinin-responsive genes first at the haustoria and then more distantly in Phtheirospermum shoots. We observed that infections increased endogenous cytokinin levels in Phtheirospermum roots and shoots, and this increase appeared relevant since local treatments with exogenous cytokinins blocked the formation of both locally and distantly formed haustoria. In addition, local overexpression of a cytokinin-degrading enzyme in Phtheirospermum prevented this systemic interhaustoria repression and increased haustoria numbers locally. We propose that a long-distance signal produced by haustoria negatively regulates future haustoria, and in Phtheirospermum, such a signaling system is mediated by a local increase in cytokinin to regulate haustoria numbers and balance nutrient acquisition.

    DOI: 10.1073/pnas.2424557122

    Open Access

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  2. Factors Contributing to the Increasing Threat of Striga hermonthica to Farming Communities in Western Kenya Open Access

    Atera E.A., Kikuta M., Bosire J., Tsuchiya Y., Makihara D.

    International Journal of Agronomy   2025 巻 ( 1 )   2025年

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    出版者・発行元:International Journal of Agronomy  

    Striga hermonthica remains a major biological constraint to food production in sub-Saharan Africa. This study investigates the critical paradox underlying its persistent threat in western Kenya: Despite decades of research and the availability of numerous control measures, Striga infestation continues to expand. A field survey was conducted across twelve administrative units over three years (2019, 2022, and 2023), involving 174 farming households to assess their knowledge, practices, and the multifaceted factors contributing to the problem. Our findings reveal that while a majority of farmers are aware of and practice Striga control, infestation remains severe (69% of fields) and results in estimated maize yield losses of 47%. We identified key drivers perpetuating this gap between intervention and on-the-ground reality, including the continuous cultivation of susceptible staple crops driven by subsistence needs and evidence of Striga’s ecological expansion into new niches, such as higher altitudes. We conclude that the failure to control Striga is not merely a technical issue, but a systemic problem rooted in a combination of ecological and socioeconomic barriers. Our study highlights the need for a holistic approach that moves beyond agronomic techniques to inform the development of more effective and sustainable management strategies that address these underlying constraints.

    DOI: 10.1155/ioa/1128845

    Open Access

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  3. Modulation of fungal phosphate homeostasis by the plant hormone strigolactone Open Access

    Bradley J.M., Bunsick M., Ly G., Aquino B., Wang F.Z., Holbrook-Smith D., Suginoo S., Bradizza D., Kato N., As'sadiq O., Marsh N., Osada H., Boyer F.D., McErlean C.S.P., Tsuchiya Y., Subramaniam R., Bonetta D., McCourt P., Lumba S.

    Molecular Cell   84 巻 ( 20 ) 頁: 4031 - 4047.e11   2024年10月

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    記述言語:英語   掲載種別:研究論文(学術雑誌)   出版者・発行元:Molecular Cell  

    Inter-kingdom communication through small molecules is essential to the coexistence of organisms in an ecosystem. In soil communities, the plant root is a nexus of interactions for a remarkable number of fungi and is a source of small-molecule plant hormones that shape fungal compositions. Although hormone signaling pathways are established in plants, how fungi perceive and respond to molecules is unclear because many plant-associated fungi are recalcitrant to experimentation. Here, we develop an approach using the model fungus, Saccharomyces cerevisiae, to elucidate mechanisms of fungal response to plant hormones. Two plant hormones, strigolactone and methyl jasmonate, produce unique transcript profiles in yeast, affecting phosphate and sugar metabolism, respectively. Genetic analysis in combination with structural studies suggests that SLs require the high-affinity transporter Pho84 to modulate phosphate homeostasis. The ability to study small-molecule plant hormones in a tractable genetic system should have utility in understanding fungal-plant interactions.

    DOI: 10.1016/j.molcel.2024.09.004

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  4. Development of bright fluorescent auxin

    Tsuyoshi Aoyama, Masakazu Nambo, Jia Xin Yap, Ayami Nakagawa, Marina Hayashi, Yuko Ukai, Motoo Ohtsuka, Ken-ichiro Hayashi, Yoshikatsu Sato, Yuichiro Tsuchiya

        2024年9月

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    出版者・発行元:Cold Spring Harbor Laboratory  

    Polar transport of the phytohormone auxin plays a crucial role in plant growth and response to environmental stimuli. Small-molecule tools that visualize auxin distribution in intact plants enable us to understand how plants dynamically regulate auxin transport to modulate growth. In this study, we developed a new fluorescent auxin probe, BODIPY-IAA2, which effectively visualizes auxin distribution in various plant tissues. We designed this probe to be transported by auxin transporters while lacking the ability to elicit auxin signaling. Using BODIPY as the fluorophore provides bright and stable fluorescence signals, making it suitable for live-imaging under standard fluorescent microscopy. We tested the probe with auxin reporter lines inArabidopsisand performed yeast two-hybrid assays. The results showed that BODIPY-IAA2 did not activate auxin signaling through the auxin receptor TIR1. However, BODIPY-IAA2 did mildly compete with both exogenous and endogenous auxins for transport, indicating that the probe is transported by auxin transportersin vivo. The probe not only enables visualization of its tissue distribution but also allows sub-cellular staining, including the endoplasmic reticulum and tip regions in elongating cells in moss. We also observed unusual staining patterns in the main root of non-model parasitic plants where genetic transformation is not feasible. Our new fluorescent auxin probe demonstrates significant potential for detailed studies on auxin transport and distribution across diverse plant species.

    DOI: 10.1101/2024.09.11.612572

  5. Gibberellins Promote Seed Conditioning by Up-Regulating Strigolactone Receptors in the Parasitic Plant Striga hermonthica

    Yap, JX; Tsuchiya, Y

    PLANT AND CELL PHYSIOLOGY   64 巻 ( 9 ) 頁: 1021 - 1033   2023年9月

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    記述言語:英語   出版者・発行元:Plant and Cell Physiology  

    Dormant seeds of the root parasitic plant Striga hermonthica sense strigolactones from host plants as environmental cues for germination. This process is mediated by a diversified member of the strigolactone receptors encoded by HYPOSENSITIVE TO LIGHT/KARRIKIN INSENSITIVE2 genes. It is known that warm and moist treatment during seed conditioning gradually makes dormant Striga seeds competent to respond to strigolactones, although the mechanism behind it is poorly understood. In this report, we show that plant hormone gibberellins increase strigolactone competence by up-regulating mRNA expression of the major strigolactone receptors during the conditioning period. This idea was supported by a poor germination phenotype in which gibberellin biosynthesis was depleted by paclobutrazol during conditioning. Moreover, live imaging with a fluorogenic strigolactone mimic, yoshimulactone green W, revealed that paclobutrazol treatment during conditioning caused aberrant dynamics of strigolactone perception after germination. These observations revealed an indirect role of gibberellins in seed germination in Striga, which contrasts with their roles as dominant germination-stimulating hormones in non-parasitic plants. We propose a model of how the role of gibberellins became indirect during the evolution of parasitism in plants. Our work also highlights the potential role for gibberellins in field applications, for instance, in elevating the sensitivity of seeds toward strigolactones in the current suicidal germination approach to alleviate the agricultural threats caused by this parasite in Africa.

    DOI: 10.1093/pcp/pcad056

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  6. Enantioselective Synthesis of Polycyclic γ-Lactams with Multiple Chiral Carbon Centers via Ni(0)-Catalyzed Asymmetric Carbonylative Cycloadditions without Stirring 査読有り 国際誌

    Ashida, K; Hoshimoto, Y; Tohnai, N; Scott, DE; Ohashi, M; Imaizumi, H; Tsuchiya, Y; Ogoshi, S

    JOURNAL OF THE AMERICAN CHEMICAL SOCIETY   142 巻 ( 3 ) 頁: 1594 - 1602   2020年1月

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    記述言語:英語   掲載種別:研究論文(学術雑誌)   出版者・発行元:Journal of the American Chemical Society  

    γ-Lactam derivatives with multiple contiguous stereogenic carbon centers are ubiquitous in physiologically active compounds. The development of straightforward and reliable synthetic routes to such chiral structural motifs in a stereocontrolled manner should thus be of importance. Herein, we report a strategy to construct polycyclic γ-lactam derivatives that contain more than two contiguous stereogenic centers in an enantioselective as well as atom-economic manner. Moreover, we have achieved the first enantioselective synthesis of strigolactam derivative GR-24, a racemic variant of which is a potential seed germination stimulator and plant-growth regulator. A key of the procedure presented here is a nickel(0)/chiral phosphoramidite-catalyzed asymmetric [2+2+1] carbonylative cycloaddition between readily accessible ene-imines and carbon monoxide, which proceeded enantioselectively to furnish up to 90% ee (>99% ee after recrystallization). The results of mechanistic studies, including the isolation of a chiral heteronickelacycle, support that the enantioselectivity on the two contiguous carbon atoms of the γ-lactams is determined during the oxidative cyclization on nickel(0).

    DOI: 10.1021/jacs.9b12493

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  7. Unravel strigolactone signaling and controlling parasitic plant behaviors

    Tsuchiya, Y

    ABSTRACTS OF PAPERS OF THE AMERICAN CHEMICAL SOCIETY   257 巻   2019年3月

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  8. A femtomolar-range suicide germination stimulant for the parasitic plant <i>Striga hermonthica</i> 査読有り 国際誌 Open Access

    Uraguchi, D; Kuwata, K; Hijikata, Y; Yamaguchi, R; Imaizumi, H; Sathiyanarayanan, AM; Rakers, C; Mori, N; Akiyama, K; Irle, S; McCourt, P; Kinoshita, T; Ooi, T; Tsuchiya, Y

    SCIENCE   362 巻 ( 6420 ) 頁: 1301 - +   2018年12月

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    記述言語:英語   出版者・発行元:Science  

    The parasitic plant Striga hermonthica has been causing devastating damage to the crop production in Africa. Because Striga requires host-generated strigolactones to germinate, the identification of selective and potent strigolactone agonists could help control these noxious weeds. We developed a selective agonist, sphynolactone-7, a hybrid molecule originated from chemical screening, that contains two functional modules derived from a synthetic scaffold and a core component of strigolactones. Cooperative action of these modules in the activation of a high-affinity strigolactone receptor ShHTL7 allows sphynolactone-7 to provoke Striga germination with potency in the femtomolar range. We demonstrate that sphynolactone-7 is effective for reducing Striga parasitism without impinging on host strigolactone-related processes.

    DOI: 10.1126/science.aau5445

    Open Access

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  9. Small Molecule Toolbox for Strigolactone Biology 査読有り Open Access

    Tsuchiya, Y

    PLANT AND CELL PHYSIOLOGY   59 巻 ( 8 ) 頁: 1511 - 1519   2018年8月

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    記述言語:英語   出版者・発行元:Plant and Cell Physiology  

    Strigolactones (SLs) are plant hormones associated with diverse developmental processes including plant architecture and stress responses. SLs are exuded to the soil as an ecological signal to attract symbiotic arbuscular-mycorrhizal fungi. This ecological mechanism is also used by parasitic plants to detect the presence of host plants and initiate germination. The functional diversity of SLs makes SL biology so extensive that a single methodology is not sufficient to comprehend it. This review describes the theoretical and practical aspects of the design of small molecule probes that have been used to elucidate the functions of SLs. The lessons from the development of small molecules to tackle the unique questions in SL biology might be instructive in the extending field of chemical biology in plants.

    DOI: 10.1093/pcp/pcy119

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  10. The dynamics of strigolactone perception in <i>Striga hermonthica</i>: a working hypothesis 査読有り 国際誌

    Tsuchiya, Y; Yoshimura, M; Hagihara, S

    JOURNAL OF EXPERIMENTAL BOTANY   69 巻 ( 9 ) 頁: 2281 - 2290   2018年4月

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    記述言語:英語   掲載種別:研究論文(学術雑誌)   出版者・発行元:Journal of Experimental Botany  

    Plant-derived strigolactones have diverse functions at ecological scale, including effects upon the growth of plants themselves. The parasitic plants from the family Orobanchaceae interfere with the ecological and hormonal functions of strigolactones to generate unique germination abilities based on the sensing of host-derived strigolactones. Although the recent discovery of strigolactone receptors has enabled us to begin elucidating the mechanism of strigolactone perception, how perception relates to plant parasitism is still a mystery. In this review, we explore emerging questions by introducing recent advances in strigolactone research in parasitic plants. We also attempt to construct a conceptual framework for the unique in planta dynamics of strigolactone perception uncovered through the use of fluorescent probes for strigolactone receptors. Understanding the mechanisms of strigolactone-related processes is essential for controlling the parasitic plant Striga hermonthica, which has caused devastating damage to crop production in Africa.

    DOI: 10.1093/jxb/ery061

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  11. Discovery of Shoot Branching Regulator Targeting Strigolactone Receptor DWARF14 査読有り 国際誌 Open Access

    Yoshimura, M; Sato, A; Kuwata, K; Inukai, Y; Kinoshita, T; Itami, K; Tsuchiya, Y; Hagihara, S

    ACS CENTRAL SCIENCE   4 巻 ( 2 ) 頁: 230 - 234   2018年2月

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    記述言語:英語   掲載種別:研究論文(学術雑誌)   出版者・発行元:ACS Central Science  

    DWARF14 (D14) is a strigolactone receptor that plays a central role in suppression of shoot branching, and hence is a potential target to increase crop productions and biomass. Recently, we reported a fluorescence turn-on probe, Yoshimulactone Green (YLG), which generates a strong fluorescence upon the hydrolysis by D14-type strigolactone receptors. Herein, we applied a YLG-based in vitro assay to a high-throughput chemical screening and identified a novel small molecule DL1 as a potent inhibitor of D14. DL1 competes with endogenous strigolactones, thereby increasing the number of shoot branching in a model plant Arabidopsis as well as in rice. Thus, DL1 is expected to be useful not only as a tool to understand the biological roles of D14 receptors in plant growth and development, but also as a potent agrochemical to improve the crop yield.

    DOI: 10.1021/acscentsci.7b00554

    Open Access

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  12. Small-molecule antagonists of germination of the parasitic plant <i>Striga hermonthica</i> 査読有り

    Holbrook-Smith, D; Toh, S; Tsuchiya, Y; McCourt, P

    NATURE CHEMICAL BIOLOGY   12 巻 ( 9 ) 頁: 724 - +   2016年9月

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    記述言語:英語   掲載種別:研究論文(学術雑誌)   出版者・発行元:Nature Chemical Biology  

    Striga spp. (witchweed) is an obligate parasitic plant that attaches to host roots to deplete them of nutrients. In Sub-Saharan Africa, the most destructive Striga species, Striga hermonthica, parasitizes major food crops affecting two-Thirds of the arable land and over 100 million people. One potential weakness in the Striga infection process is the way it senses the presence of a host crop. Striga only germinates in the presence of the plant hormone strigolactone, which exudes from a host root. Hence small molecules that perturb strigolactone signaling may be useful tools for disrupting the Striga lifecycle. Here we developed a chemical screen to suppress strigolactone signaling in the model plant Arabidopsis. One compound, soporidine, specifically inhibited a S. hermonthica strigolactone receptor and inhibited the parasite's germination. This indicates that strigolactone-based screens using Arabidopsis are useful in identifying lead compounds to combat Striga infestations.

    DOI: 10.1038/nchembio.2129

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  13. Structure-function analysis identifies highly sensitive strigolactone receptors in <i>Striga</i> 査読有り

    Toh, S; Holbrook-Smith, D; Stogios, PJ; Onopriyenko, O; Lumba, S; Tsuchiya, Y; Savchenko, A; McCourt, P

    SCIENCE   350 巻 ( 6257 ) 頁: 203 - 207   2015年10月

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    記述言語:英語   掲載種別:研究論文(学術雑誌)   出版者・発行元:Science  

    Strigolactones are naturally occurring signaling molecules that affect plant development, fungi-plant interactions, and parasitic plant infestations. We characterized the function of 11 strigolactone receptors from the parasitic plant Striga hermonthica using chemical and structural biology. We found a clade of polyspecific receptors, including one that is sensitive to picomolar concentrations of strigolactone. A crystal structure of a highly sensitive strigolactone receptor from Striga revealed a larger binding pocket than that of the Arabidopsis receptor, which could explain the increased range of strigolactone sensitivity. Thus, the sensitivity of Striga to strigolactones from host plants is driven by receptor sensitivity. By expressing strigolactone receptors in Arabidopsis, we developed a bioassay that can be used to identify chemicals and crops with altered strigolactone levels.

    DOI: 10.1126/science.aac9476

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  14. Probing strigolactone receptors in <i>Striga hermonthica</i> with fluorescence 査読有り 国際誌

    Tsuchiya, Y; Yoshimura, M; Sato, Y; Kuwata, K; Toh, S; Holbrook-Smith, D; Zhang, H; McCourt, P; Itami, K; Kinoshita, T; Hagihara, S

    SCIENCE   349 巻 ( 6250 ) 頁: 864 - 868   2015年8月

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    記述言語:英語   掲載種別:研究論文(学術雑誌)   出版者・発行元:Science  

    Elucidating the signaling mechanism of strigolactones has been the key to controlling the devastating problem caused by the parasitic plant Striga hermonthica. To overcome the genetic intractability that has previously interfered with identification of the strigolactone receptor, we developed a fluorescence turn-on probe, Yoshimulactone Green (YLG), which activates strigolactone signaling and illuminates signal perception by the strigolactone receptors. Here we describe how strigolactones bind to and act via ShHTLs, the diverged family of α/β hydrolase-fold proteins in Striga. Live imaging using YLGs revealed that a dynamic wavelike propagation of strigolactone perception wakes up Striga seeds. We conclude that ShHTLs function as the strigolactone receptors mediating seed germination in Striga. Our findings enable access to strigolactone receptors and observation of the regulatory dynamics for strigolactone signal transduction in Striga.

    DOI: 10.1126/science.aab3831

    Web of Science

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  15. Detection of Parasitic Plant Suicide Germination Compounds Using a High-Throughput Arabidopsis HTL/KAI2 Strigolactone Perception System (vol 21, pg 988, 2014) 査読有り

    Toh, S; Holbrook-Smith, D; Stokes, ME; Tsuchiya, Y; McCourt, P

    CHEMISTRY & BIOLOGY   21 巻 ( 9 ) 頁: 1253 - 1253   2014年9月

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  16. The embryonic leaf identity gene <i>FUSCA3</i> regulates vegetative phase transitions by negatively modulating ethylene-regulated gene expression in Arabidopsis 査読有り

    Lumba, S; Tsuchiya, Y; Delmas, F; Hezky, J; Provart, NJ; Lu, QS; McCourt, P; Gazzarrini, S

    BMC BIOLOGY   10 巻   2012年2月

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    記述言語:英語   掲載種別:研究論文(学術雑誌)  

    DOI: 10.1186/1741-7007-10-8

    Web of Science

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  17. Thermoinhibition Uncovers a Role for Strigolactones in Arabidopsis Seed Germination 査読有り

    Toh, S; Kamiya, Y; Kawakami, N; Nambara, E; McCourt, P; Tsuchiya, Y

    PLANT AND CELL PHYSIOLOGY   53 巻 ( 1 ) 頁: 107 - 117   2012年1月

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    記述言語:英語   掲載種別:研究論文(学術雑誌)  

    DOI: 10.1093/pcp/pcr176

    Web of Science

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  18. HY5 is involved in strigolactone-dependent seed germination in Arabidopsis. 査読有り

    Toh Shigeo, McCourt Peter, Tsuchiya Yuichiro

    Plant signaling & behavior   7 巻 ( 5 ) 頁: 556 - 8   2012年

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  19. Strigolactones as small molecule communicators 査読有り

    Tsuchiya, Y; McCourt, P

    MOLECULAR BIOSYSTEMS   8 巻 ( 2 ) 頁: 464 - 469   2012年

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    記述言語:英語  

    DOI: 10.1039/c1mb05195d

    Web of Science

    PubMed

  20. A small-molecule screen identifies new functions for the plant hormone strigolactone 査読有り

    Tsuchiya, Y; Vidaurre, D; Toh, S; Hanada, A; Nambara, E; Kamiya, Y; Yamaguchi, S; McCourt, P

    NATURE CHEMICAL BIOLOGY   6 巻 ( 10 ) 頁: 741 - 749   2010年10月

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    記述言語:英語   掲載種別:研究論文(学術雑誌)  

    DOI: 10.1038/NCHEMBIO.435

    Web of Science

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  21. ケミカルジェネティクスを進めるストラテジー

    土屋 雄一朗

    植物の生長調節   45 巻 ( 2 ) 頁: 132 - 139   2010年

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    記述言語:日本語   出版者・発行元:一般社団法人植物化学調節学会  

    The use of small molecule for perturbing protein function have potential advantages to classic genetics, while genetics is still valuable in complementing disadvantages of small molecule approach. Although the theoretical framework of small molecule-approach have been established, practical aspect of this strategy still needs more examples to be discussed. Here, I discuss some practices from our current work related to small molecules, as with an attempt to show what experiments should be prioritized for small molecule approach.

    DOI: 10.18978/jscrp.45.2_132

    CiNii Research

  22. Strigolactones: a new hormone with a past 査読有り

    Tsuchiya, Y; McCourt, P

    CURRENT OPINION IN PLANT BIOLOGY   12 巻 ( 5 ) 頁: 556 - 561   2009年10月

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  23. Chemical genetic analysis on arabdiopsis seed germination

    Tsuchiya, Y; Kamiya, Y; Nambara, E; Cutler, S; McCourt, P

    PLANT AND CELL PHYSIOLOGY   48 巻   頁: S26 - S26   2007年

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    記述言語:英語  

    Web of Science

  24. The transcription factor <i>FUSCA3</i> controls developmental timing in <i>Arabidopsis</i> through the hormones gibberellin and abscisic acid 査読有り

    Gazzarrini, S; Tsuchiya, Y; Lumba, S; Okamoto, M; McCourt, P

    DEVELOPMENTAL CELL   7 巻 ( 3 ) 頁: 373 - 385   2004年9月

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    記述言語:英語   掲載種別:研究論文(学術雑誌)  

    DOI: 10.1016/j.devcel.2004.06.017

    Web of Science

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  25. The <i>FUS3</i> transcription factor functions through the epidermal regulator <i>TTG1</i> during embryogenesis in <i>Arabidopsis</i> 査読有り

    Tsuchiya, Y; Nambara, E; Naito, S; McCourt, P

    PLANT JOURNAL   37 巻 ( 1 ) 頁: 73 - 81   2004年1月

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    記述言語:英語   掲載種別:研究論文(学術雑誌)  

    DOI: 10.1046/j.1365-313X.2003.01939.x

    Web of Science

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  26. The role of <i>ABI3</i> and <i>FUS3</i> loci in <i>Arabidopsis</i> <i>thaliana</i> on phase transition from late embryo development to germination 査読有り

    Nambara, E; Hayama, R; Tsuchiya, Y; Nishimura, M; Kawaide, H; Kamiya, Y; Naito, S

    DEVELOPMENTAL BIOLOGY   220 巻 ( 2 ) 頁: 412 - 423   2000年4月

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    記述言語:英語   掲載種別:研究論文(学術雑誌)  

    DOI: 10.1006/dbio.2000.9632

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書籍等出版物 1

  1. Assessing Seed Germination Response of Parasitic Plant Striga hermonthica with Small-Molecule Probes

    Yap J.X., Tsuchiya Y.

    Methods in Molecular Biology  2024年 

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    記述言語:英語

    Seed germination of a parasitic plant Striga hermonthica is elicited by strigolactones which are exuded from roots of host plants. Here, we describe a high-throughput germination assay and a method for visualizing in vivo strigolactone receptor functions with a fluorogenic probe.

    DOI: 10.1007/978-1-0716-3965-8_5

    Scopus

    PubMed

MISC 4

  1. 未知のシグナル分子に対する寄生植物の根の反応

    林万理奈, 木下俊則, 三城恵美, 土屋雄一朗  

    植物の生長調節58 巻 ( Supplement )   2023年

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  2. 寄生植物ストライガのストリゴラクトン受容体タンパク質 招待有り 査読有り

    吉村 柾彦, 土屋 雄一朗, 佐藤 良勝, 伊丹 健一郎, 木下 俊則, 萩原 伸也  

    Plant Morphology29 巻 ( 1 ) 頁: 33 - 37   2017年

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    記述言語:日本語   掲載種別:記事・総説・解説・論説等(学術雑誌)  

    DOI: 10.5685/plmorphol.29.33

    J-GLOBAL

  3. 研究物語 魔女の雑草の呪いを解く分子 : 寄生植物"ストライガ"の発芽を制御する分子を開発

    萩原 伸也, 吉村 柾彦, 土屋 雄一朗, 木下 俊則, 伊丹 健一郎  

    化学 = Chemistry71 巻 ( 5 ) 頁: 35 - 39   2016年5月

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    記述言語:日本語   出版者・発行元:化学同人  

    CiNii Research

  4. ストリゴラクトン受容の可視化蛍光プローブ

    吉村柾彦, 土屋雄一朗, 佐藤良勝, 佐藤綾人, 桑田啓子, 伊丹健一郎, 伊丹健一郎, 伊丹健一郎, 木下俊則, 木下俊則, 萩原伸也, 萩原伸也  

    日本植物学会大会研究発表記録80th 巻   2016年

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科研費 9

  1. 寄生植物ストライガの宿主種の拡張を担う分子生態機構の解明

    研究課題/研究課題番号:24KK0118  2024年9月 - 2028年3月

    日本学術振興会  科学研究費助成事業  国際共同研究加速基金(海外連携研究)

    土屋 雄一朗, 菊田 真由実, YAP JIA・XIN

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    担当区分:研究代表者 

    配分額:20800000円 ( 直接経費:16000000円 、 間接経費:4800000円 )

    寄生植物ストライガは、サブサハラアフリカ諸国で年間1億米ドルにも及ぶ被害を与え続けているが、その拡大は驚異的な速度で現在も進んでいる。本研究では、これまで開発に成功した自殺発芽剤であるSPL7のケニア現地での実証試験、およびフィールドワークにより集めたストライガの生態型を用いた宿主選択性の変化の生態分子機構の解明を行うことで、ストライガの防除と拡散防止技術の二つの側面からアフリカの食糧問題の解決に貢献することを目指す。

  2. 比較ケミカルゲノミクスによる寄生植物の新奇発生プロセスの立証

    研究課題/研究課題番号:21H04775  2021年4月 - 2026年3月

    日本学術振興会  科学研究費助成事業  基盤研究(A)

    土屋 雄一朗

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    担当区分:研究代表者 

    配分額:42120000円 ( 直接経費:32400000円 、 間接経費:9720000円 )

    寄生植物は、植物形態の基本的な枠組みを逸脱することなく、動物のように従属栄養として生きる能力を独自に進化させた高等植物であるが、実験室での生育が困難なことから、多くの発生プロセスにおいて不明な点が多数残されている。本研究では、独自に収集した寄生植物コレクションを用い、生物種を問わずに機能レベルでの解析を可能とする低分子プローブを活用することで、寄生植物が発芽して寄生に至るプロセスの解明を目指す。アフリカの穀物生産に甚大な被害を引き起こす寄生植物であるストライガの新たな防除法の開発につながると期待される。
    寄生植物は、植物形態の基本的な枠組みを逸脱することなく、動物のように従属栄養として生きる能力を独自に進化させた高等植物であるが、実験室での生育が 困難なことから、多くの発生プロセスにおいて不明な点が多数残されている。本研究では、独自に収集した宿主依存度の異なる寄生植物コレクションを用い、生物種を問わずに機能レベルでの解析を可能とする低分子プローブを活用することで、寄生植物が宿主の根に向かって伸張する「化学屈性」と呼ばれる未だ実態の明らかとなっていない能力の存在を立証することを目的とした。これを達成するため、モデル寄生植物としてハマウツボ科の半寄生植物であるセイヨウヒキヨモ ギを設定し、宿主であるヨモギへの誘因反応に関する基本的な遺伝経路の解析を行った。今年度は、スプリットシャーレを用いたアッセイ形を確立し、水溶性の因子および揮発性因子による誘因機構それぞれについて阻害剤を用いた試験を行った。また、水溶性因子と揮発性因子の相互作用についても応答性の解析を進めた。また、想定された誘導性遺伝子のRT-qPCRによる発現解析、重力屈性に関わるアミロプラストの観察等を行った。さらに、未同定である揮発性誘因因子の構造決定に向け、固相マイクロ抽出法 (SPME)法を用いた揮発性分子の回収とGC-MSによる比較解析を行った。候補となる分子のうち、購入可能なものに関しては手に入れ、in vitroの誘引試験を行った。
    当初の想定である遺伝回路の基本構成は明らかとなり、オーキシン蛍光プローブの解析も行った。さらに、当初は想定していなかったシグナル分子の構造同定へと準備を進めることができたため、想定以上の進展と判断した。
    トランスクリプトーム解析、および揮発性の誘因因子の構造決定に向けた研究を進める.SPME法については装置のセットアップが完了し、揮発性分子の網羅的解析が可能になった。まず、栄養、光、生育ステージ等、誘引因子を放出するヨモギ側の生理条件を検討し、差が見られる条件にてSPME解析を行うことで、誘引因子を発する条件でのみ見られるピークの検出を試みる。分子量と開裂のパターンをライブラリーと照合することで構造を推定することができるプラットフォームを設定したため、既知の分子であった場合はこの条件で構造を決定できると考えられる。購入可能なものに関しては入手し、化合物単独での誘因活性、および誘因を起こさない条件でヨモギに与えたときに誘因活性が復活するか等のアッセイにより検証する。トランスクリプトームに関しては、当初予定していたケミカルトランスクリプトームに先立ち、通常のトランスクリプトーム解析をまず行う。抽出した水溶性因子、およびスプリットシャーレを用いたヨモギからの揮発性因子に対する転写産物の応答を解析し、誘導性の遺伝子等を同定や、水溶性因子と揮発性因子の相互作用に関する解析を行う。これにあたり、セイヨウヒキヨモギはゲノムが読まれていないため、ゲノムが読まれているコシオガマのデータを参照し、de novo assemblyと組み合わせてリファレンス配列の作成を行う。

  3. モデル系統を用いた菌類におけるストリゴラクトン応答機構の解明

    研究課題/研究課題番号:20K20569  2020年7月 - 2025年3月

    日本学術振興会  科学研究費助成事業  挑戦的研究(開拓)

    土屋 雄一朗, 加藤 直樹

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    担当区分:研究代表者 

    配分額:26000000円 ( 直接経費:20000000円 、 間接経費:6000000円 )

    大地に根を張り、大気中に葉を展開する植物は、全ての生命を支えるエネルギー源を光合成によって創出するだけではなく、環境を感知し、その情報を根を通して地下のエコシステムへ環流させることによって地球の生態系を支えている。植物が根から土中に放出するストリゴラクトンは、植物ホルモン、菌根菌との共生、寄生植物の宿主認識という3つのプロセスに関わるシグナル分子であるが、進化的に大きく離れた植物と菌類が同一のシグナル分子を認識する機構については不明な点が多く残されている。本研究では、遺伝学解析が可能な菌類におけるモデル系を新たに探索し、突然変異株の分離を通してストリゴラクトンシグナル伝達機構の解明を目指す。
    大地に根を張り、大気中に葉を展開する植物は、環境を感知し、その情報を根を通して地下のエコシステムへと環流させることによって地上と地下の生物圏を繋 ぐことで地球の生態系を支えている。植物が生産するストリゴラクトンは、植物ホルモン、共生、寄生という3つのプロセスに関わり、環境/植物/土壌微生物 の相互作用を橋渡しする多機能なシグナル分子であるが、植物と寄生植物、あるいは進化的に大きく離れた菌類が、いかにして同一のシグナル分子を認識する機 構を獲得したかについては不明な点が多く残されている。本研究では、遺伝解析が可能な菌類のモデル系を新たに探索し、得られた知見を菌根菌へと翻訳するこ とによって、これまで遺伝的コンポーネントが一つも同定されていない菌根菌におけるストリゴラクトンシグナル伝達機構の解明を目指す。今季はライブラリーに含まれる菌株の種同定を行い、GR24応答を起こした菌株の多様性を確認した。これまで発見した糸状菌に加え、新たに国内各地より単離した菌株も加えて再三伐を行い、安定して応答が見れる系統を発見した。この株を用い、栄養条件等の生育条件を検討し、特定のコンポーネントを欠如した培地にてより高い応答性が確認された。これらにつき、酵母で知られるシグナル伝達因子のホモログの同定も行い、糸状菌におけるノックアウト株の作成を行っている。また、異なる菌株を共培養実験による応答試験とGR24の作用の検討も行った。
    本研究は、未だ遺伝的コンポーネントが一つも見つかっていない菌根菌におけるストリゴラクトンシグナル伝達を、モデルとなる糸状菌を用いて解明を目指す極 めて挑戦的なものである。さらに、モデル菌株の探索から始める、文字通り一から研究領域を立ち上げるものでもあり、多くの困難が当初から想定されていた。 新たに単離した糸状菌でかなり安定した応答が見られたこと、また菌株の種を同定できたことより、ストリゴラクトン応答と自然界に存在する菌株の対応ができたこと、また遺伝学解析も着実に進展していることから、概ね順調に進展したと判断した。
    ストリゴラクトンは、植物がリン酸栄養の欠乏に瀕した際に救援シグナルとして土中に放出するシグナル分子であり、それを受け取るのは、植物のリン酸栄養の 吸収を助ける菌根菌であるといった構図が考えられてきたが、菌側のストリゴラクトン応答にも菌のリン酸応答が関わっている点は生物学的に興味深いと考えら れた。そこで、新たにえた菌かぶの遺伝学解析を進めるため、関連遺伝子のノックアウト株、トランスクリプトーム解析、レポーターラインの作成を行うとともに、菌類が生産するシグナル分子の同定に向けた研究も進める。

  4. 根寄生雑草ストライガが引き起こすアフリカ食糧問題の解決に向けた国際共同研究

    研究課題/研究課題番号:19KK0152  2019年10月 - 2025年3月

    日本学術振興会  科学研究費助成事業  国際共同研究加速基金(国際共同研究強化(B))

    槇原 大悟, 土屋 雄一朗, 菊田 真由実

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    担当区分:研究分担者 

    アフリカの穀物生産に甚大な被害をもたらしている根寄生雑草ストライガは宿主植物の根から分泌されるストリゴラクトン(SL)に応答して発芽する。ストライガの種子を人工SLにより宿主不在下で強制的に発芽させて枯死させる自殺発芽が有望な防除方法として提唱されてきた。申請者らは、安価に合成でき、環境負荷が極めて低く、極めて高活性な人工SL(SPL7)の開発に最近成功した。本研究では、ケニアの栽培環境におけるSPL7の自殺発芽剤としての有効性の検証、ストライガの薬剤耐性獲得に係わる遺伝的メカニズムの解明、防除技術普及のための社会経済的条件の探求に取り組み、SPL7を利用したストライガ防除技術の確立を目指す。
    昨年度に引き続き、SPL7によるストライガ種子の刺激発芽試験を実施した。96穴プレートを用いた実験では、ストライガ発芽がSPL7濃度5nM~500nMで誘導され、50nMで最多であった。一方、土壌を充填したポット試験では、50nM~5uMのSPL7により発芽が誘導され、500nMで最多となった。500nMのSPL7を用いて、最適な施用量について検証した。250mL容器を用いた場合、SPL7溶液100mLで最も発芽率が高かった。他方、5L容器では、SPL7溶液を5000mL施用した処理区で、最大の発芽率を示した。地下10㎝以下では、SPL7溶液の浸透に斑が生じるため、ストライガ種子の発芽率が不安定になると考えられた。
    圃場におけるSPL7によるストライガ種子自殺発芽効果の検証試験を、トウモロコシを用いて実施した。500mMのSPL7溶液を1m2あたり10 L施用することにより、寄生するストライガ数が有意に減少し、トウモロコシの乾物重は増加した。
    2023年7月にケニア西部のストライガ汚染地域においてフィールド調査を実施した。農家に対する聞き取り調査の結果、現地の主食作物であるトウモロコシとソルガムは、ストライガ被害により、約47%減少したことが明らかになった。61%の農家が、ストライガ防除対策(堆肥の施用、輪作、間作など)を実践しているにもかかわらず、同地域におけるストライガ汚染は拡大していることが確認された。今回の調査では、これまでストライガが確認されていなかった標高1781mの圃場においてストライガが発見された。また、サトウキビおよびネピアグラスへのストライガ感染が確認された。2023年度のフィールド調査において、新たに83点のストライガDNAを採集した。また、これまでに収集したストライガの遺伝解析を進めた。
    2020年度から2022年度までのコロナ禍により研究は全般的にやや遅れている状況が続いている。2023年度は、予定通りの研究活動を実施できたが、フィールド調査は年1回、圃場での栽培試験は年2回が限度であり、コロナ渦で生じた遅れを取り戻すことは困難である。このため、コロナ渦で生じた遅れが、以後の研究進捗に継承されている。
    2024年度は、ストライガの出現が最も多くなる7月頃にケニアに渡航し、現地の共同研究者と共同でフィールド調査を実施する。ストライガDNAと土壌サンプルの収集を進めるとともに、農家に対する聞き取り調査を行う。また、これまでにFTAカードに収集したストライガのDNAから多型検出を進める予定である。ケニア農畜産業研究機構キボス支所における圃場試験およびポット試験を行い、SPL7のストライガ自殺発芽剤としての効果を圃場レベルで実証し、SPL7処理技術を確立する。

  5. 植物ホルモンフローアトラスの構築

    2019年 - 2024年

    科学技術振興機構  戦略的な研究開発の推進 戦略的創造研究推進事業 CREST 

    土屋 雄一朗

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    植物ホルモンの能動輸送を介した組織間・細胞間コミュニケーションは、植物が多細胞生物として生きる根幹的な機能の一つです。本研究では、「ホルモンが細胞間を動く様子を実際に見る」低分子操作技術を開発し、組織レベルでのホルモンの流れを1細胞の解像度で再現する数理モデルを構築することで、環境変化を察知して機敏に生理成長を変化させる植物の動的な情報制御システムの理解に資する技術と理論の創出を目指します。

  6. 寄生植物ストライガにおけるストリゴラクトンシグナル伝達機構の解明

    研究課題/研究課題番号:18H02459  2018年4月 - 2021年3月

    日本学術振興会  科学研究費助成事業  基盤研究(B)

    土屋 雄一朗

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    担当区分:研究代表者 

    配分額:17420000円 ( 直接経費:13400000円 、 間接経費:4020000円 )

    ハマウツボ科の寄生植物であるストライガ(Striga hermonthica)は、トウモロコシやソルガムといった穀物に寄生し枯死させることが知られており、アフリカの食糧生産に甚大な被害を与えることが知られている。土中で休眠する種子は、宿主植物が近くで生育を始めるとその根から放出されるストリゴラクトン(SL)を感知して発芽することが知られており、本研究では化学遺伝学の手法で新たなシグナル伝達因子の同定を目指した。発芽抑制、発芽上限突破の2種のスクリーニングより有望な化合物が得られ、標的タンパク質の同定とその生化学的な機構の解明を行なった。
    ストライガをはじめとした寄生植物特有に見られる受容体のコピー数の増加の生物学的な意義が見出せていない現状において、本研究より受容体間に機能的な相互作用が存在することが示唆された。すなわち、土中に存在するSLの種類により発芽するか否かが決定されることを示唆しており、ストライガが寄生する宿主の種類をSLのブレンドを認識することで起こしていると考えられた。また、受容体ネットワークを制御することで発芽を抑制できることより、この原理を踏襲した発芽抑制剤の開発が可能となり、自殺発芽とは異なるアプローチでストライガの寄生を抑える方法へと発展することが期待される。

  7. 寄生植物ストライガの撲滅に向けたケミカルジェネティクス研究

    研究課題/研究課題番号:15KT0031  2015年7月 - 2018年3月

    日本学術振興会  科学研究費助成事業  基盤研究(B)

    土屋 雄一朗, 浦口 大輔, 桑田 啓子, 佐藤 綾人

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    担当区分:研究代表者 

    配分額:18070000円 ( 直接経費:13900000円 、 間接経費:4170000円 )

    本研究では、アフリカで深刻な食糧問題を引き起こす寄生植物ストライガ(Striga hermonthica)を撲滅を目指して、自殺発芽によって土中の種子を自殺発芽に追い込むストリゴラクトン様人工化合物の開発を行った。低分子化合物スクリーニングより発見した人工化合物骨格に、ストリゴラクトンの活性部位を融合したハイブリット分子(コードネーム:SAMR690)を開発した。当該化合物は、フェムトモーラーレベルでストライガの発芽を刺激する非常に高活性な化合物であるとともに、菌根菌や作物への影響が最小限に抑えられたため、実用レベルでの効果が期待される。

  8. 寄生植物ストライガにおけるストリゴラクトンシグナル伝達機構の分子進化に関する研究

    研究課題/研究課題番号:15K07102  2015年4月 - 2018年3月

    日本学術振興会  科学研究費助成事業  基盤研究(C)

    土屋 雄一朗, 藤 茂雄

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    担当区分:研究代表者 

    配分額:5070000円 ( 直接経費:3900000円 、 間接経費:1170000円 )

    植物ホルモンであるストリゴラクトンは、寄生植物であるストライガの発芽を刺激するホストファクターである一方、宿主植物内では枝分かれの制御等様々な発生生理に関わる。本研究では、シロイヌナズナでのHYPOSENSITIVE TO LIGHT/KARRIKIN INSENSITIVE2(HTL/KAI2)を介したSL応答と、ストライガの発芽を刺激する機構の関連性を、光シグナル伝達のと相互作用の観点から探った。低分子化合物プローブを用いたアプローチより、シロイヌナズナとストライガではともに、HTL/KAI2を介した経路でSLシグナルを伝えることを明らかとした。

  9. ストリゴラクトン感受性突然変異株の分離と解析

    研究課題/研究課題番号:21770062  2009年

    日本学術振興会  科学研究費助成事業 若手研究(B)  若手研究(B)

    土屋 雄一朗

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    担当区分:研究代表者 

    配分額:3250000円 ( 直接経費:2500000円 、 間接経費:750000円 )

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