JP7813083B2 - Screening Method - Google Patents
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Description
本出願は、日本国において2023年11月29日に出願された特願2023-201701号に基づく優先権を主張するものであり、当該出願に記載された内容はすべて参照によりそのまま本明細書に援用される。 This application claims priority to Japanese Patent Application No. 2023-201701, filed on November 29, 2023, the entire contents of which are incorporated herein by reference.
本発明は、複数の候補化合物について、植物に対する生物刺激剤、防疫剤又は除草剤として用いることができるか否かを評価するためのスクリーニング方法に関する。 The present invention relates to a screening method for evaluating whether a plurality of candidate compounds can be used as a plant biostimulant, a plant disease prevention agent, or a plant herbicide .
従来、植物に影響を与える薬剤(生物刺激剤、防疫剤又は除草剤)の有効成分として用いることができる化合物の探求が広く行われてきた。しかしながら、近年、1つの製品を開発するのに必要な化合物の数(つまり、スクリーニングを行うべき化合物の数)が著しく増加してきており、その結果、薬剤の開発頻度は著しく低下してきている。Traditionally, there has been extensive research into compounds that can be used as active ingredients in plant-affecting agents (biostimulants, disease control agents, or herbicides). However, in recent years, the number of compounds required to develop a single product (i.e., the number of compounds that must be screened) has increased significantly, resulting in a significant decline in the frequency of drug development.
例えば、従来の防疫剤のスクリーニング方法では、イネ等の実際の植物に、病原菌とともに防疫剤の候補となる化合物を投与し、病斑の拡散を指標に可視化選抜を進めている(例えば、特許文献1参照。)。生物刺激剤についても事情はほぼ同じである。また、除草剤のスクリーニング方法についても、化合物散布後の枯死状態の確認のような可視化選抜が一般的である。For example, in conventional screening methods for disease prevention agents, candidate compounds for disease prevention agents are administered to actual plants such as rice along with pathogens, and visual selection is carried out using the spread of disease spots as an indicator (see, for example, Patent Document 1). The situation is similar for biostimulants. Furthermore, visual selection, such as checking the state of withering after spraying the compound, is also commonly used in screening methods for herbicides.
しかしながら、従来の生物刺激剤、防疫剤又は除草剤のスクリーニング方法では、多大な費用、時間及び労力が必要になるという問題がある。However, conventional screening methods for biostimulants, disease control agents or herbicides have the disadvantage of requiring significant expense, time and effort.
本発明は上記問題を解決するためになされたものであり、従来のスクリーニング方法よりも費用、時間及び労力を低減することができるスクリーニング方法を提供することを目的とする。また、本発明は、本発明のスクリーニング方法により選別された化合物を含む生物刺激剤、防疫剤及び除草剤を提供することも目的とする。 The present invention has been made to solve the above problems, and aims to provide a screening method that can reduce costs, time, and labor compared to conventional screening methods. Another aim of the present invention is to provide biostimulants, disease prevention agents, and herbicides that contain compounds selected by the screening method of the present invention.
[1]本発明のスクリーニング方法は、複数の候補化合物について、植物に対する生物刺激剤、防疫剤又は除草剤として用いることができるか否かを評価するためのスクリーニング方法であって、植物細胞を前記候補化合物に接触させ、その後酸化ストレス誘導条件下及び酸化ストレス非誘導条件下で培養し、活性酸素種の生成量を測定して一次スクリーニングを行い、前記候補化合物から一次候補化合物を選別する一次スクリーニング工程と、前記植物細胞を前記一次候補化合物に接触させ、その後酸化ストレス誘導条件下及び酸化ストレス非誘導条件下で培養し、前記植物細胞の生存性を測定して二次スクリーニングを行うことで前記一次候補化合物から二次候補化合物を選別する二次スクリーニング工程とを含むことを特徴とする。 [1] The screening method of the present invention is a screening method for evaluating whether multiple candidate compounds can be used as plant biostimulants, disease prevention agents, or herbicides, and is characterized by comprising a primary screening step in which plant cells are contacted with the candidate compounds, then cultured under oxidative stress-inducing conditions and under oxidative stress-non-inducing conditions, and the amount of reactive oxygen species produced is measured to perform primary screening, and a secondary screening step in which the plant cells are contacted with the primary candidate compounds, then cultured under oxidative stress-inducing conditions and under oxidative stress-non-inducing conditions, and the viability of the plant cells is measured to perform secondary screening, and a secondary candidate compound is selected from the primary candidate compounds.
[2]上記[1]に記載のスクリーニング方法においては、前記植物細胞は、光合成能を有する植物細胞であり、前記二次スクリーニング工程においては、クロロフィル由来の自家蛍光を測定することで前記植物細胞の生存性を測定することが好ましい。 [2] In the screening method described in [1] above, it is preferable that the plant cells are plant cells capable of photosynthesis, and that in the secondary screening step, the viability of the plant cells is measured by measuring autofluorescence derived from chlorophyll.
[3]上記[2]に記載のスクリーニング方法においては、前記植物細胞は、シロイヌナズナ由来の緑色培養細胞T-87株であることが好ましい。 [3] In the screening method described in [2] above, it is preferable that the plant cells are green cultured cells of the T-87 strain derived from Arabidopsis thaliana.
[4]上記[1]に記載のスクリーニング方法においては、前記酸化ストレス誘導条件で用いる物質は、パラコート(メチルビオローゲン)であることが好ましい。 [4] In the screening method described in [1] above, it is preferable that the substance used under the oxidative stress-inducing conditions is paraquat (methyl viologen).
[5]上記[1]に記載のスクリーニング方法においては、前記一次スクリーニング工程においては、化学発光プローブを用いて活性酸素種の生成量を測定することが好ましい。 [5] In the screening method described in [1] above, it is preferable that the amount of reactive oxygen species produced is measured using a chemiluminescent probe in the primary screening step.
[6]上記[5]に記載のスクリーニング方法においては、前記化学発光プローブは、MCLA(methyl cypridina luciferin analog)であることが好ましい。 [6] In the screening method described in [5] above, it is preferable that the chemiluminescent probe is MCLA (methyl cypridina luciferin analog).
[7]本発明の生物刺激剤は、以下の化合物(1)を含むことを特徴とする。
[8]本発明の防疫剤は、以下の化合物(2)を含むことを特徴とする。
[9]本発明の除草剤は、以下の化合物(3)を含むことを特徴とする。
本発明のスクリーニング方法は、植物細胞を候補化合物に接触させ、その後酸化ストレス誘導条件下及び酸化ストレス非誘導条件下で培養し、活性酸素種の生成量を測定して一次スクリーニングを行い、候補化合物から一次候補化合物を選別する一次スクリーニング工程と、植物細胞を一次候補化合物に接触させ、その後酸化ストレス誘導条件下及び酸化ストレス非誘導条件下で培養し、植物細胞の生存性を測定して二次スクリーニングを行うことで一次候補化合物から二次候補化合物を選別する二次スクリーニング工程とを含む。従って、本発明のスクリーニング方法は、少量の植物細胞及び化合物により実施が可能であり、かつ、簡易かつ迅速に多種類の化合物をスクリーニングすることが可能となるため、従来のスクリーニング方法よりも費用、時間及び労力を低減することができるスクリーニング方法となる。 The screening method of the present invention includes a primary screening step in which plant cells are contacted with candidate compounds, then cultured under oxidative stress-inducing conditions and under oxidative stress-non-inducing conditions, and the amount of reactive oxygen species produced is measured to perform a primary screening and select primary candidate compounds from the candidate compounds; and a secondary screening step in which plant cells are contacted with the primary candidate compounds, then cultured under oxidative stress-inducing conditions and under oxidative stress-non-inducing conditions, and the viability of the plant cells is measured to perform a secondary screening and select secondary candidate compounds from the primary candidate compounds. Therefore, the screening method of the present invention can be performed using small amounts of plant cells and compounds, and enables the simple and rapid screening of a wide variety of compounds, resulting in a screening method that reduces cost, time, and labor compared to conventional screening methods.
また、本発明の生物刺激剤、防疫剤及び除草剤は、本発明のスクリーニング方法により新たな用途を見出された化合物を含む、有用な薬剤の候補である。 In addition, the biostimulants, disease prevention agents, and herbicides of the present invention are useful drug candidates, including compounds for which new uses have been discovered through the screening methods of the present invention.
以下、本発明のスクリーニング方法、生物刺激剤、防疫剤及び除草剤について、実施形態に基づいて説明する。 The screening method, biostimulant, disease prevention agent, and herbicide of the present invention are described below based on embodiments.
[実施形態]
1.実施形態に係るスクリーニング方法
実施形態に係るスクリーニング方法は、複数の候補化合物について、植物に対する生物刺激剤、防疫剤又は除草剤として用いることができるか否かを評価するためのスクリーニング方法である。実施形態に係るスクリーニング方法は、一次スクリーニング工程と二次スクリーニング工程とを含む。
[Embodiment]
1. Screening Method According to an Embodiment The screening method according to an embodiment is a screening method for evaluating whether a plurality of candidate compounds can be used as a plant biostimulant, an epidemic prevention agent, or a herbicide. The screening method according to an embodiment includes a primary screening step and a secondary screening step.
本明細書における「生物刺激剤」とは、植物に刺激を与えて細胞を活性化させ、各種非生物ストレス等(例えば、温度、紫外線、物理的刺激等に由来するストレス)から保護する作用を有する(各種非生物ストレスの影響を受けなくする又は抑制する)薬剤のことをいう。 In this specification, the term "biostimulant" refers to an agent that stimulates plants to activate their cells and has the effect of protecting them from various abiotic stresses (e.g., stress resulting from temperature, ultraviolet light, physical stimuli, etc.) (eliminating or suppressing the effects of various abiotic stresses).
また、本明細書における「防疫剤」とは、植物を少なくとも一種の病原体から保護する作用を有する(病原体の影響を受けなくする又は抑制する)薬剤のことをいう。 In addition, the term "disease control agent" as used herein refers to an agent that has the effect of protecting plants from at least one pathogen (preventing or suppressing the effects of pathogens).
また、本明細書における「除草剤」とは、植物の少なくとも一部を枯死または生長を停止させる作用を有する薬剤のことをいう。 In addition, the term "herbicide" as used herein refers to a chemical that has the effect of killing or stopping the growth of at least part of a plant.
一次スクリーニング工程は、植物細胞を候補化合物に接触させ、その後酸化ストレス誘導条件下及び酸化ストレス非誘導条件下で培養し、活性酸素種の生成量を測定して一次スクリーニングを行い、候補化合物から一次候補化合物を選別する工程である。一次スクリーニング工程は、酸化ストレス誘導条件下における活性酸素種の増減に影響を与えない化合物を排除するために行う工程である。 The primary screening process involves contacting plant cells with candidate compounds, culturing them under oxidative stress-inducing conditions and under non-oxidative stress-inducing conditions, measuring the amount of reactive oxygen species produced, and selecting primary candidate compounds from the candidate compounds. The primary screening process is carried out to eliminate compounds that do not affect the increase or decrease in reactive oxygen species under oxidative stress-inducing conditions.
本明細書における「酸化ストレス誘導条件」とは、植物細胞において活性酸素種が発生しやすい条件のことをいう。活性酸素種(ROS)とは、酸素が電子を捕獲することで発生する反応性の高い物質の総称である。活性酸素種としては、例えば、スーパーオキシド(O2 -・)、過酸化水素(H2O2)、ヒドロキシルラジカル(OH・)及び一重項酸素(1O2)を挙げることができる。活性酸素種は低濃度では、直接的な抗菌作用を持つだけでなく、ストレスに対応した抵抗性遺伝子の発現や様々な代謝経路を制御するシグナル伝達分子として、細胞内において複数の有益な役割を果たす。一方、高濃度では、活性酸素種及びこれに関連する酸化還元活性化合物は、酸化ストレス(例えば、DNA、タンパク質、脂質等の様々な生体分子の酸化)により細胞損傷及び壊死を発生させる。 As used herein, "oxidative stress-inducing conditions" refer to conditions that favor the generation of reactive oxygen species in plant cells. Reactive oxygen species (ROS) is a collective term for highly reactive substances generated when oxygen captures electrons. Examples of reactive oxygen species include superoxide (O 2 −· ), hydrogen peroxide (H 2 O 2 ), hydroxyl radical (OH · ), and singlet oxygen ( 1 O 2 ). At low concentrations, reactive oxygen species not only have direct antibacterial effects but also play multiple beneficial roles within cells, such as signaling molecules that regulate the expression of stress-responsive resistance genes and various metabolic pathways. On the other hand, at high concentrations, reactive oxygen species and related redox-active compounds cause cell damage and necrosis through oxidative stress (e.g., oxidation of various biomolecules such as DNA, proteins, and lipids).
一次スクリーニングは、以下の2つの観点から行う。第1の観点は、酸化ストレス非誘導条件下の培養後における活性酸素種の生成量が、植物細胞を候補化合物と接触させずに酸化ストレス非誘導条件下で培養した対照における活性酸素種の生成量と比較して有意に少なくないかという観点である。第2の観点は、酸化ストレス誘導条件下の培養後における活性酸素種の生成量が、植物細胞を候補化合物と接触させずに酸化ストレス誘導条件下で培養した対照における活性酸素種の生成量と比較して有意に少ないか、又は、多いかという観点である。一次候補化合物は、酸化ストレス誘導条件下における活性酸素種の増減に影響を与える活性酸素制御剤であると言える。 Primary screening is performed from the following two perspectives. The first perspective is whether the amount of reactive oxygen species produced after culture under non-oxidative stress-inducing conditions is significantly less than the amount of reactive oxygen species produced in a control where plant cells are cultured under non-oxidative stress-inducing conditions without contacting them with the candidate compound. The second perspective is whether the amount of reactive oxygen species produced after culture under oxidative stress-inducing conditions is significantly less or more than the amount of reactive oxygen species produced in a control where plant cells are cultured under oxidative stress-inducing conditions without contacting them with the candidate compound. Primary candidate compounds can be said to be reactive oxygen regulators that affect the increase or decrease of reactive oxygen species under oxidative stress-inducing conditions.
一次スクリーニング工程は、後述する実施例に示すようなマルチウェルプレート(例えば、96ウェルプレート)を用い、ウェルごとに異なる候補化合物を植物細胞と接触させることで、植物細胞及び候補化合物の使用量を抑制しつつ、迅速に多種類の(例えば、1日に数百点程度の)化合物をスクリーニングすることが可能となる。例えば、後述する実施例においては、一次スクリーニング工程で用いる植物細胞の量(遠心分離後の量)は25mLで済み、各候補化合物の量は手順1回あたり1μLで済んだ。 The primary screening step uses a multi-well plate (e.g., a 96-well plate) as shown in the Examples below, and by contacting a different candidate compound with plant cells in each well, it is possible to rapidly screen a wide variety of compounds (e.g., several hundred per day) while minimizing the amount of plant cells and candidate compounds used. For example, in the Examples below, only 25 mL of plant cells (amount after centrifugation) were required in the primary screening step, and only 1 μL of each candidate compound was required per procedure.
なお、一次スクリーニング工程において酸化ストレス誘導条件下で培養を行うのは、植物細胞に酸化ストレスがかかる状況における候補化合物の挙動(活性酸素種の生成を促進するのか、又は、抑制するのか)を試験するためである。また、一次スクリーニング工程において酸化ストレス非誘導条件下で培養を行うのは、酸化ストレスに関係なく植物細胞に対して有毒である化合物、及び、活性酸素種の生成量の測定を阻害する化合物(つまり、実施形態に係るスクリーニング方法には適さない化合物)を排除するためである。 The reason for culturing under oxidative stress-inducing conditions in the primary screening step is to test the behavior of candidate compounds (whether they promote or suppress the production of reactive oxygen species) in situations where plant cells are subjected to oxidative stress. The reason for culturing under non-oxidative stress-inducing conditions in the primary screening step is to eliminate compounds that are toxic to plant cells regardless of oxidative stress, and compounds that inhibit the measurement of the amount of reactive oxygen species produced (i.e., compounds that are not suitable for the screening method of the embodiment).
一次スクリーニング工程においては、酸化ストレス誘導条件を2種類以上とすることが好ましい。「酸化ストレス誘導条件を2種類以上とする」とは、少なくとも強い酸化ストレス誘導条件と弱い酸化ストレス誘導条件との両方を設定することをいう。酸化ストレス誘導条件の強弱は、後述するパラコートのような物質を用いる場合には、その添加量の増減(濃度の高低)を調節することにより実現することができる。In the primary screening process, it is preferable to use two or more types of oxidative stress-inducing conditions. "Use two or more types of oxidative stress-inducing conditions" means setting at least both strong and weak oxidative stress-inducing conditions. When using a substance such as paraquat, which will be described later, the strength of the oxidative stress-inducing conditions can be adjusted by adjusting the amount added (high or low concentration).
実施形態に係るスクリーニング工程で用いる植物細胞は、光合成能を有する植物細胞である。さらに言えば、植物細胞は、シロイヌナズナ由来の緑色培養細胞T-87株である。シロイヌナズナ由来の緑色培養細胞T-87株については、以下、単に「T-87株」と記載する場合もある。T-87株は、シロイヌナズナに関する豊富な情報及び分子的・遺伝学的ツールが利用可能なことから、生化学的研究のモデルとして用いられている。また、T-87株は、培養細胞でありながら光合成系を維持しており、ミトコンドリアだけでなく葉緑体由来の活性酸素種産生能力も保持している。 The plant cells used in the screening process according to the embodiment are photosynthetic plant cells. More specifically, the plant cells are T-87 strain green cultured cells derived from Arabidopsis thaliana. The T-87 strain green cultured cells derived from Arabidopsis thaliana may hereinafter be referred to simply as "T-87 strain." The T-87 strain is used as a model for biochemical research due to the availability of abundant information on Arabidopsis thaliana and the availability of molecular and genetic tools. Furthermore, despite being a cultured cell, the T-87 strain maintains a photosynthetic system and retains the ability to produce reactive oxygen species derived not only from mitochondria but also from chloroplasts.
実施形態に係るスクリーニング工程における酸化ストレス誘導条件で用いる物質は、パラコート(メチルビオローゲン、1,1’-ジメチル-4,4’-ビピリジニウムジクロリド)である。パラコートは非選択型除草剤の成分として知られており、細胞に作用させることで活性酸素種を発生させる。 The substance used in the oxidative stress-inducing conditions in the screening process according to this embodiment is paraquat (methyl viologen, 1,1'-dimethyl-4,4'-bipyridinium dichloride). Paraquat is known as a component of non-selective herbicides, and generates reactive oxygen species when it acts on cells.
一次スクリーニング工程においては、化学発光プローブを用いて活性酸素種の生成量を測定する。具体的には、化学発光プローブは、MCLA(methyl cypridina luciferin analog)である。In the primary screening process, the amount of reactive oxygen species produced is measured using a chemiluminescent probe. Specifically, the chemiluminescent probe is MCLA (methyl cypridina luciferin analog).
二次スクリーニング工程は、植物細胞を一次候補化合物に接触させ、その後酸化ストレス誘導条件下及び酸化ストレス非誘導条件下で培養し、植物細胞の生存性を測定して二次スクリーニングを行うことで一次候補化合物から二次候補化合物を選別する工程である。二次スクリーニング工程は、酸化ストレスによって引き起こされる細胞死に影響を与えない化合物の排除を促進し、スクリーニングの効率を高めるために行う工程である。 The secondary screening process involves contacting plant cells with primary candidate compounds, culturing them under oxidative stress-inducing conditions and non-oxidative stress-inducing conditions, and measuring the viability of the plant cells to perform secondary screening, thereby selecting secondary candidate compounds from the primary candidate compounds. The secondary screening process is carried out to facilitate the elimination of compounds that do not affect cell death caused by oxidative stress and to increase the efficiency of screening.
二次スクリーニングは、以下の2つの観点から行う。第1の観点は、酸化ストレス非誘導条件下の培養後における植物細胞の生存性が、植物細胞を一次候補化合物と接触させずに酸化ストレス非誘導条件下で培養した対照における植物細胞の生存性と比較して有意に少なくないかという観点である。第2の観点は、酸化ストレス誘導条件下の培養後における植物細胞の生存性が、植物細胞を一次候補化合物と接触させずに酸化ストレス誘導条件下で培養した対照における植物細胞の生存性と比較して有意に少ないか、又は、多いかという観点である。二次候補化合物は、酸化ストレス誘導条件下における活性酸素種の増減に影響を与えた上で、植物細胞の生存性を高める、又は、低くする化合物であると言える。 Secondary screening is performed from the following two perspectives. The first perspective is whether the viability of plant cells after culture under non-oxidative stress-inducing conditions is significantly lower than the viability of plant cells in a control cultured under non-oxidative stress-inducing conditions without contacting the plant cells with the primary candidate compound. The second perspective is whether the viability of plant cells after culture under oxidative stress-inducing conditions is significantly lower or higher than the viability of plant cells in a control cultured under oxidative stress-inducing conditions without contacting the plant cells with the primary candidate compound. Secondary candidate compounds can be said to be compounds that increase or decrease the viability of plant cells by affecting the increase or decrease of reactive oxygen species under oxidative stress-inducing conditions.
二次スクリーニング工程においても、後述する実施例に示すようなマルチウェルプレート(例えば、96ウェルプレート)を用い、ウェルごとに異なる一次候補化合物を植物細胞と接触させることで、植物細胞及び一次候補化合物の使用量を抑制しつつ、迅速に多種類の化合物をスクリーニングすることが可能となる。 In the secondary screening process, a multi-well plate (e.g., a 96-well plate) as shown in the examples below is used, and a different primary candidate compound is contacted with plant cells in each well, making it possible to rapidly screen a wide variety of compounds while minimizing the amount of plant cells and primary candidate compounds used.
なお、二次スクリーニング工程において酸化ストレス誘導条件下で培養を行うのは、植物細胞に酸化ストレスがかかる状況における候補化合物の挙動(植物細胞の生存性を低くするのか、又は、高くするのか)を試験するためである。また、二次スクリーニング工程において酸化ストレス非誘導条件下で培養を行うのは、酸化ストレスに関係なく植物細胞に対して有毒である化合物、及び、植物細胞の生存性の測定を阻害する化合物(つまり、実施形態に係るスクリーニング方法には適さない化合物)を排除するためである。 The reason for culturing under oxidative stress-inducing conditions in the secondary screening step is to test the behavior of candidate compounds (whether they reduce or increase the viability of plant cells) in situations where plant cells are subjected to oxidative stress. The reason for culturing under non-oxidative stress-inducing conditions in the secondary screening step is to eliminate compounds that are toxic to plant cells regardless of oxidative stress, and compounds that inhibit the measurement of plant cell viability (i.e., compounds that are not suitable for the screening method of the embodiment).
二次スクリーニング工程においては、クロロフィル(葉緑素)由来の自家蛍光を測定することで植物細胞の生存性を測定する。クロロフィル由来の自家蛍光の減少は葉緑体の崩壊に起因するため、当該自家蛍光の測定は、葉緑体、ひいては植物細胞の生存性の評価に用いることができる。In the secondary screening process, the viability of plant cells is measured by measuring autofluorescence derived from chlorophyll. Because the decrease in chlorophyll-derived autofluorescence is due to the breakdown of chloroplasts, measuring this autofluorescence can be used to evaluate the viability of chloroplasts and, ultimately, plant cells.
二次スクリーニング工程により選別される二次候補化合物は、植物細胞の生存性を高くする作用がある場合には生物刺激剤又は防疫剤の成分として用いることができる可能性があり、植物細胞の生存性を低くする作用がある場合には除草剤の成分として用いることができる可能性がある。 If the secondary candidate compounds selected by the secondary screening process have the effect of increasing the viability of plant cells, they may be used as components of biostimulants or disease prevention agents, and if they have the effect of reducing the viability of plant cells, they may be used as components of herbicides.
2.実施形態に係る生物刺激剤、防疫剤及び除草剤
実施形態に係る生物刺激剤、防疫剤及び除草剤は、後述する実施例に係るスクリーニング方法により選別された化合物を含むものである。
2. Biostimulants, epidemic prevention agents, and herbicides according to embodiments The biostimulants, epidemic prevention agents, and herbicides according to embodiments include compounds selected by the screening methods according to the examples described below.
実施形態に係る生物刺激剤は、以下の化合物(1)を含む。化合物(1)は[(E)-(1,3-dimethyl-5-oxopyrazol-4-ylidene)amino]4-chlorobenzoateという名称である。なお、実施形態に係る生物刺激剤は、化合物(1)以外の物質を含んでいてもよい。
実施形態に係る防疫剤は、以下の化合物(2)を含む。化合物(2)は4-(4-chlorophenyl)-6-methoxypyrimidin-2-amineという名称である。なお、実施形態に係る防疫剤は、化合物(2)以外の物質を含んでいてもよい。
実施形態に係る除草剤は、以下の化合物(3)を含む。化合物(3)は4-chloro-N-[2-chloro-4-(trifluoromethyl)phenyl]benzenesulfonamideという名称である。なお、実施形態に係る除草剤は、化合物(3)以外の物質を含んでいてもよい。
3.実施形態に係るスクリーニング方法、生物刺激剤、防疫剤及び除草剤の効果
実施形態に係るスクリーニング方法は、上記した一次スクリーニング工程と二次スクリーニング工程とを含む。従って、実施形態に係るスクリーニング方法は、少量の植物細胞及び化合物により実施が可能であり、かつ、簡易かつ迅速に多種類の化合物をスクリーニングすることが可能となるため、従来のスクリーニング方法よりも費用、時間及び労力を低減することができるスクリーニング方法となる。
3. Effects of Screening Methods, Biostimulants, Epidemic Control Agents, and Herbicides According to Embodiments The screening methods according to embodiments include the above-described primary screening step and secondary screening step. Therefore, the screening methods according to embodiments can be performed using small amounts of plant cells and compounds, and can easily and quickly screen a wide variety of compounds, thereby reducing costs, time, and labor compared to conventional screening methods.
また、実施形態に係るスクリーニング方法においては、植物細胞は、光合成能を有する植物細胞であり、二次スクリーニング工程においては、クロロフィル由来の自家蛍光を測定することで植物細胞の生存性を測定する。このため、実施形態に係るスクリーニング方法によれば、簡易に、かつ、短時間で植物細胞の生存性を測定することが可能となる。 Furthermore, in the screening method according to the embodiment, the plant cells are photosynthetic plant cells, and in the secondary screening step, the viability of the plant cells is measured by measuring autofluorescence derived from chlorophyll. Therefore, the screening method according to the embodiment makes it possible to measure the viability of plant cells easily and in a short time.
また、実施形態に係るスクリーニング方法においては、植物細胞は、シロイヌナズナ由来の緑色培養細胞T-87株である。このため、実施形態に係るスクリーニング方法によれば、細胞塊が比較的小さく、培養が容易であり、安定した光合成能を有するT-87株を用いて安定したスクリーニング結果を得ることが可能となる。 Furthermore, in the screening method according to the embodiment, the plant cells are T-87 strain green cultured cells derived from Arabidopsis thaliana. Therefore, according to the screening method according to the embodiment, stable screening results can be obtained using the T-87 strain, which has relatively small cell masses, is easy to culture, and has stable photosynthetic ability.
また、実施形態に係るスクリーニング方法においては、酸化ストレス誘導条件で用いる物質は、パラコート(メチルビオローゲン)である。このため、実施形態に係るスクリーニング方法によれば、植物細胞に作用して活性酸素種を安定して発生させるパラコートを用い、安定したスクリーニング結果を得ることが可能となる。 In addition, in the screening method according to the embodiment, the substance used under the oxidative stress-inducing conditions is paraquat (methyl viologen). Therefore, according to the screening method according to the embodiment, stable screening results can be obtained using paraquat, which acts on plant cells to stably generate reactive oxygen species.
また、実施形態に係るスクリーニング方法においては、一次スクリーニング工程においては、化学発光プローブを用いて活性酸素種の生成量を測定する。このため、実施形態に係るスクリーニング方法によれば、簡易に、かつ、短時間で活性酸素種の生成量を測定することが可能となる。 In addition, in the screening method according to the embodiment, the amount of reactive oxygen species produced is measured using a chemiluminescent probe in the primary screening step. Therefore, the screening method according to the embodiment makes it possible to measure the amount of reactive oxygen species produced easily and in a short time.
また、実施形態に係るスクリーニング方法においては、化学発光プローブは、MCLA(methyl cypridina luciferin analog)である。このため、実施形態に係るスクリーニング方法によれば、構造が安定しており、化学発光が比較的持続するMCLAを用いて、安定したスクリーニング結果を得ることが可能となる。 In addition, in the screening method according to the embodiment, the chemiluminescent probe is MCLA (methyl cypridina luciferin analog). Therefore, according to the screening method according to the embodiment, stable screening results can be obtained using MCLA, which has a stable structure and relatively long-lasting chemiluminescence.
また、実施形態に係る生物刺激剤、防疫剤及び除草剤は、後述する実施例に係るスクリーニング方法により新たな用途を見出された化合物を含む、有用な薬剤の候補である。 In addition, the biostimulants, disease prevention agents, and herbicides of the embodiments are useful drug candidates, including compounds for which new uses have been discovered using the screening methods of the examples described below.
[実施例]
以下に記載する実施例においては、実施形態に係るスクリーニング方法を実際に実施し、複数の候補化合物から生物刺激剤、防疫剤及び除草剤の候補となる化合物を選別した。
[Example]
In the examples described below, the screening method according to the embodiment was actually carried out, and compounds that could be candidates for biostimulants, disease prevention agents, and herbicides were selected from a plurality of candidate compounds.
1.事前検討
図1は、実施例の事前検討における、T-87株にパラコートを添加して培養した際の活性酸素種産生及び細胞死の用量依存性を示すグラフである。図1(a)は活性酸素種(ROS)産生に関するグラフであり、図1(b)は細胞死(Cell death)に関する棒グラフである。図1(b)における「MV」はパラコートのことを示している。後述する各図においても、パラコートに関して「MV」と記載している。なお、「MV」はパラコートの別名であるメチルビオローゲン(methyl viologen)に由来する。図1(a)のグラフの縦軸は活性酸素種(ROS)由来の化学発光値(単位:rlu、relative luminescence units)を示し、横軸は培養時間(単位:h)を示す。また、図1(a)において符号A,B,C,D,Eで示すのは、それぞれパラコートの添加量(最終モル濃度)が0mM,0.1mM,1mM,10mM,20mMである場合のグラフである。図1(a)における化学発光値は、パラコートの添加量が0mM、培養時間が0時間のときの化学発光値を1としたときの相対値である。図1(b)の棒グラフの縦軸は細胞死(単位:%)を示し、横軸はパラコート(MV)の添加量(最終モル濃度)を示す。図1(b)においては、1つのパラコート(MV)の添加量(最終モル濃度)の項目ごとに2つの棒グラフが並んでいるが、左側が24時間培養した場合の棒グラフであり、右側が48時間培養した場合の棒グラフである。全てのデータは3~5回の実験における平均値および標準誤差を示しており、ウェルチのt検定により有意差を検討している。P*<0.05、P**<0.01、P***<0.001、P****<0.0001である。
1. Preliminary Study Figure 1 is a graph showing the dose dependency of reactive oxygen species production and cell death when T-87 strain was cultured with paraquat in a preliminary study of the example. Figure 1(a) is a graph showing reactive oxygen species (ROS) production, and Figure 1(b) is a bar graph showing cell death. "MV" in Figure 1(b) refers to paraquat. In the figures described below, paraquat is also referred to as "MV." Note that "MV" comes from methyl viologen, another name for paraquat. The vertical axis of the graph in Figure 1(a) shows the chemiluminescence value (unit: rlu, relative luminescence units) derived from reactive oxygen species (ROS), and the horizontal axis shows the culture time (unit: h). In Figure 1(a), the symbols A, B, C, D, and E represent graphs in which the amount of paraquat added (final molar concentration) was 0 mM, 0.1 mM, 1 mM, 10 mM, and 20 mM, respectively. The chemiluminescence values in Figure 1(a) are relative values, with the chemiluminescence value at 0 mM paraquat and 0 hours of incubation taken as 1. The vertical axis of the bar graph in Figure 1(b) represents cell death (unit: %), and the horizontal axis represents the amount of paraquat (MV) added (final molar concentration). In Figure 1(b), two bar graphs are lined up for each amount of paraquat (MV) added (final molar concentration); the left bar graph represents the 24-hour incubation, and the right bar graph represents the 48-hour incubation. All data represent the mean and standard error of three to five experiments, and significance was examined using Welch's t-test. P * <0.05, P ** <0.01, P *** <0.001, P *** <0.0001.
まず、パラコートを用いた酸化ストレス誘導条件下でのT-87株の培養に関する事前検討として、活性酸素種産生及び細胞死の用量依存性及び培養時間を検討した。事前検討におけるパラコートの添加量(最終モル濃度)は、0mM、0.1mM、1mM、10mM及び20mMとした。また、事前検討における培養時間は6時間、15時間、24時間及び48時間とした。First, in a preliminary study on culturing the T-87 strain under oxidative stress-inducing conditions using paraquat, we investigated the dose dependency of reactive oxygen species production and cell death as well as the incubation time. The amounts of paraquat added (final molar concentrations) in the preliminary study were 0 mM, 0.1 mM, 1 mM, 10 mM, and 20 mM. The incubation times in the preliminary study were 6 hours, 15 hours, 24 hours, and 48 hours.
実施例で用いる植物細胞であるシロイヌナズナ由来の緑色培養細胞T-87株は、理化学研究所バイオリソース研究センター(茨城県)から提供されたものを用いた。T-87株は、3%のスクロースを含み、200mg/LのKH2PO4、0.2mg/Lの塩酸チアミン、100mg/Lのミオイノシトール、0.2mg/Lの2,4-D(2,4-ジクロロフェノキシ酢酸)を添加した液体Murashige and Skoog(MS)培地(pH5.7)を用い、500mLの三角フラスコ中に100mLの液体培地を入れ、22℃、連続光条件下でロータリーシェーカー(100rpm)を用いて増殖させた。なお、実施例に係る事前検討及びスクリーニング方法では、培養5日目の細胞を用いた。 The plant cells used in the examples, Arabidopsis thaliana-derived green cultured cells, T-87 strain, were provided by the RIKEN BioResource Research Center (Ibaraki Prefecture). T-87 strain was grown in liquid Murashige and Skoog (MS) medium (pH 5.7) containing 3% sucrose and supplemented with 200 mg/L KH 2 PO 4 , 0.2 mg/L thiamine hydrochloride, 100 mg/L myo-inositol, and 0.2 mg/L 2,4-D (2,4-dichlorophenoxyacetic acid). 100 mL of the liquid medium was placed in a 500 mL Erlenmeyer flask and grown on a rotary shaker (100 rpm) at 22°C under continuous light. Note that the preliminary studies and screening methods used in the examples were cells on day 5 of culture.
活性酸素種産生は、以下の手順(化学発光プローブを用いる方法)により測定した。まず、T-87株の培養液から25mL分の細胞を遠心分離して回収し、5mMのMES(2-(N-モルホリノ)エタンスルホン酸)、0.5mMのCaCl2、0.5mMのK2SO4、175mMのマンニトールを含む120mLの活性酸素種測定用緩衝液(pH7.0)に再懸濁した。T-87株(100μL)を発光測定用96ウェル白色プレート(サーモフィッシャーサイエンティフィック社(アメリカ)から購入したNo.236107。以下、単に「96ウェルプレート」と記載する。)の各ウェルに、マルチチャンネルピペットを用いて分注した。1.5時間振盪した後、規定の量のパラコート(関東化学株式会社から購入)を各ウェルに添加し、活性酸素種産生を誘導した。既定時間培養した後、活性酸素種測定用緩衝液に溶解した10mMのMCLA(関東化学株式会社から購入)を10μLずつ各ウェルに添加し、ルミノメーター(テカン社(スイス)のUltra Evolution Microplate Reader)を用いて、活性酸素種依存性の化学発光を1秒間記録した。 Reactive oxygen species production was measured using the following procedure (a method using a chemiluminescent probe). First, 25 mL of cells were collected from the culture medium of the T-87 strain by centrifugation and resuspended in 120 mL of reactive oxygen species measurement buffer (pH 7.0) containing 5 mM MES (2-(N-morpholino)ethanesulfonic acid), 0.5 mM CaCl , 0.5 mM K SO , and 175 mM mannitol. T-87 strain (100 μL) was dispensed into each well of a 96-well white plate for luminescence measurement (No. 236107, purchased from Thermo Fisher Scientific, USA; hereafter simply referred to as the "96-well plate") using a multichannel pipette. After shaking for 1.5 hours, a specified amount of paraquat (purchased from Kanto Chemical Co., Inc.) was added to each well to induce reactive oxygen species production. After incubation for a predetermined time, 10 μL of 10 mM MCLA (purchased from Kanto Chemical Co., Ltd.) dissolved in a buffer solution for reactive oxygen species measurement was added to each well, and reactive oxygen species-dependent chemiluminescence was recorded for 1 second using a luminometer (Ultra Evolution Microplate Reader from Tecan, Switzerland).
細胞死は、以下の手順(エバンスブルーアッセイ)により測定した。まず、培養後のT-87株のサンプルに0.05%のエバンスブルー(シグマ・アルドリッチ社(アメリカ)から購入)を加えて10分間培養した。その後、未吸収の色素を除去するために水で4回洗浄した。サンプルごとに、明視野顕微鏡を用いて200個以上の細胞を数え、細胞の生死を判断した。Cell death was measured using the following procedure (Evans Blue assay). First, 0.05% Evans Blue (purchased from Sigma-Aldrich, USA) was added to the cultured T-87 cell samples and incubated for 10 minutes. The cells were then washed four times with water to remove any unabsorbed dye. For each sample, more than 200 cells were counted using a bright-field microscope to determine cell viability.
その結果、活性酸素種産生及び細胞死の両方について、パラコートの用量依存性が確認できた(図1参照)。事前検討の結果から、実施例に係るスクリーニング方法におけるパラコートの添加量(最終モル濃度)を0.1mM及び10mMとし、一次スクリーニング工程における培養時間を6時間とし、二次スクリーニング工程における培養時間を24時間とした。As a result, a dose dependency of paraquat was confirmed for both reactive oxygen species production and cell death (see Figure 1). Based on the results of preliminary studies, the amounts of paraquat added (final molar concentrations) in the screening method of the present example were set to 0.1 mM and 10 mM, the incubation time in the primary screening step was set to 6 hours, and the incubation time in the secondary screening step was set to 24 hours.
2.一次スクリーニング工程
図2は、実施例における一次スクリーニング工程及び二次スクリーニング工程で用いる96ウェルプレートの様子を示す図である。図2における「DMSO」は溶媒対照としてDMSOを添加したウェルであることを示し、「Chemical compounds」は候補化合物又は一次候補化合物を添加したウェルの範囲を示す。
図3は、実施例における一次スクリーニング工程の結果の例を示す表である。図3は添加したパラコート(MV)の量に応じて3段に分かれており、それぞれの段の上端に示す数字及び左端に示すアルファベットは96ウェルプレートにおけるウェルの位置を示している(図2参照。)。また、各ウェルに応じた場所における数値(化学発光値)は化学発光の相対強度(溶媒対照の結果を1とした相対値)を示している。
2. Primary Screening Step Figure 2 shows the appearance of a 96-well plate used in the primary screening step and the secondary screening step in the Examples. In Figure 2, "DMSO" indicates wells to which DMSO was added as a solvent control, and "Chemical compounds" indicates the range of wells to which candidate compounds or primary candidate compounds were added.
Figure 3 is a table showing an example of the results of the primary screening step in the examples. Figure 3 is divided into three columns according to the amount of paraquat (MV) added, and the numbers at the top of each column and the letters at the left edge indicate the position of the wells in the 96-well plate (see Figure 2). The numerical value (chemiluminescence value) at the position corresponding to each well indicates the relative intensity of chemiluminescence (a relative value where the result for the solvent control is set to 1).
一次スクリーニング工程における候補化合物としては、市販の化学ライブラリーであるDIVERSet NovaCore NQ612,5mg/mL DMSO(サーモフィッシャーサイエンティフィック社(アメリカ)から購入)に含まれる9,991種類の低分子化合物を用いた。 The candidate compounds used in the primary screening process were 9,991 small molecule compounds contained in the commercially available chemical library DIVERSet NovaCore NQ612, 5 mg/mL DMSO (purchased from Thermo Fisher Scientific, USA).
一次スクリーニング工程は、以下の手順(化学発光プローブを用いる方法)により実施した。まず、T-87株の培養液から25mL分の細胞を遠心分離して回収し、5mMのMES、0.5mMのCaCl2、0.5mMのK2SO4、175mMのマンニトールを含む120mLの活性酸素種測定用緩衝液(pH7.0)に再懸濁した。T-87株を含む緩衝液(100μL)を、96ウェルプレートの各ウェルに、マルチチャンネルピペットを用いて分注した。その後、ウェル(A2~H11)ごとに異なる候補化合物を1μLずつ添加した(最終濃度25μg/mL)。また、96ウェルプレートの両端に位置するウェルA1及びA12には、溶媒対照としてDMSO(1%)を添加した(図2参照)。1.5時間振盪した後、規定の量のパラコート(0.1mM又は10mM)を各ウェルに添加し、活性酸素種産生を誘導した。また、酸化ストレス非誘導条件下での培養による比較のために、パラコートの添加を行わないサンプルも準備した。それぞれのサンプルを6時間培養した後、活性酸素種測定用緩衝液に溶解した10mMのMCLAを10μLずつ各ウェルに添加し、ルミノメーターを用いて、活性酸素種依存性化学発光を1秒間記録した。上記手順は2連で行い、得られた結果の平均値で評価をおこなった。 The primary screening process was performed using the following procedure (a method using a chemiluminescent probe). First, 25 mL of cells were collected from the culture medium of the T-87 strain by centrifugation and resuspended in 120 mL of a buffer solution for measuring reactive oxygen species (pH 7.0) containing 5 mM MES, 0.5 mM CaCl , 0.5 mM K SO , and 175 mM mannitol. The buffer solution (100 μL) containing the T-87 strain was dispensed into each well of a 96-well plate using a multichannel pipette. Then, 1 μL of a different candidate compound was added to each well (A2 to H11) (final concentration: 25 μg/mL). Furthermore, DMSO (1%) was added as a solvent control to wells A1 and A12 located at both ends of the 96-well plate (see Figure 2). After shaking for 1.5 hours, a specified amount of paraquat (0.1 mM or 10 mM) was added to each well to induce reactive oxygen species production. For comparison, samples without paraquat were also prepared. After culturing each sample for 6 hours, 10 μL of 10 mM MCLA dissolved in the reactive oxygen species measurement buffer was added to each well, and reactive oxygen species-dependent chemiluminescence was recorded for 1 second using a luminometer. The above procedure was performed in duplicate, and the average of the results was used for evaluation.
一次スクリーニング工程は、植物細胞を候補化合物に接触させ、その後酸化ストレス誘導条件下及び酸化ストレス非誘導条件下で培養し、活性酸素種の生成量を測定して一次スクリーニングを行い、候補化合物から一次候補化合物を選別する工程である。選別の方法は以下のとおりである。The primary screening process involves contacting plant cells with candidate compounds, culturing them under oxidative stress-inducing conditions and under non-oxidative stress-inducing conditions, measuring the amount of reactive oxygen species produced, and selecting primary candidate compounds from the candidate compounds. The selection method is as follows:
まず、酸化ストレス非誘導条件下(つまり、パラコート0mM)で培養した場合に、溶媒対照(DMSOのみ添加)よりも有意に小さい化学発光値が確認された化合物(例えば、図3のC2,D2,E2,E4,E9,F7,G6,H6の化合物)については、細胞に対して直接に有毒なものである、又は、化学発光自体を阻害するものであると考えられるため、排除した。候補化合物を添加した場合の化学発光値が溶媒対照における化学発光値よりも有意に小さいかどうかの基準は、求めるスクリーニングの精度等にもよるが、例えば、溶媒対照における化学発光値の50%を下回るかどうかを一つの目安とすることができる。なお、溶媒対照における化学発光値は、ウェルA1,A12の化学発光値の平均値とした。First, compounds (e.g., compounds C2, D2, E2, E4, E9, F7, G6, and H6 in Figure 3) that were found to have significantly lower chemiluminescence values than the solvent control (DMSO only) when cultured under non-oxidative stress-inducing conditions (i.e., 0 mM paraquat) were excluded because they are considered to be directly toxic to cells or to inhibit chemiluminescence itself. The criteria for whether the chemiluminescence value when a candidate compound is added is significantly lower than the chemiluminescence value in the solvent control depend on factors such as the desired screening accuracy, but one guideline is whether the chemiluminescence value is below 50% of the chemiluminescence value in the solvent control. The chemiluminescence value in the solvent control was calculated as the average of the chemiluminescence values in wells A1 and A12.
次に、上記の基準により排除された化合物を除く候補化合物の中から、パラコートの添加により誘発される活性酸素種生成に有意な影響を与える化合物を選別した。つまり、溶媒対照の結果よりも有意に小さい化学発光値が確認された化合物(例えば、図3のウェルA3,C8の化合物)と、有意に大きい化学発光値が確認された化合物(例えば、図3のウェルA6,H8の化合物)とを選別し、一次候補化合物とした。候補化合物を添加した場合の化学発光値が溶媒対照における化学発光値よりも有意に小さいかどうか及び有意に大きいかどうかの基準は、求めるスクリーニングの精度等にもよるが、例えば、溶媒対照における化学発光値の50%を下回るかどうか及び150%を上回るかどうかを、それぞれ一つの目安とすることができる。Next, from among the candidate compounds, excluding those eliminated by the above criteria, compounds that significantly affected the production of reactive oxygen species induced by the addition of paraquat were selected. That is, compounds with chemiluminescence values significantly lower than the solvent control results (e.g., the compounds in wells A3 and C8 in Figure 3) and compounds with chemiluminescence values significantly higher than the solvent control results (e.g., the compounds in wells A6 and H8 in Figure 3) were selected and designated as primary candidate compounds. The criteria for whether the chemiluminescence values with the addition of a candidate compound are significantly lower or higher than the solvent control chemiluminescence values depend on factors such as the desired screening accuracy, but can be, for example, whether the chemiluminescence values are lower than 50% and higher than 150% of the solvent control chemiluminescence values, respectively.
3.二次スクリーニング工程
図4は、実施例における二次スクリーニング工程の結果の例を示す表である。図4は添加したパラコートの量に応じて2段に分かれており、それぞれの段の上端に示す数字及び左端に示すアルファベットは96ウェルプレートにおけるウェルの位置を示している(図2参照。)。また、各ウェルに応じた場所における数値(自家蛍光値)はクロロフィル由来の自家蛍光の相対強度(溶媒対照の結果を1とした相対値)を示している。なお、図4におけるウェルの位置の示し方は図3におけるウェルの位置の示し方と同じであるが、図4の例におけるウェルA2~H11に添加した化合物と図3の例におけるウェルA2~H11に添加した化合物とは異なるものである。
3. Secondary Screening Step Figure 4 is a table showing an example of the results of the secondary screening step in the examples. Figure 4 is divided into two sections based on the amount of paraquat added, and the numbers at the top of each section and the letters at the left edge indicate the position of the wells in the 96-well plate (see Figure 2). The numerical values (autofluorescence values) at each well indicate the relative intensity of autofluorescence derived from chlorophyll (relative values with the solvent control result set at 1). Note that the well positions in Figure 4 are indicated in the same way as in Figure 3, but the compounds added to wells A2 to H11 in the example in Figure 4 are different from the compounds added to wells A2 to H11 in the example in Figure 3.
二次スクリーニング工程は、以下の手順(クロロフィル由来の自家蛍光を測定する方法)により実施した。まず、T-87株の培養液から25mL分の細胞を遠心分離して回収し、120mLの活性酸素測定用緩衝液に再懸濁した。T-87株を含む緩衝液(100μL)を、96ウェルプレートの各ウェルに、マルチチャンネルピペットを用いて分注した。その後、ウェル(A2~H11)ごとに候補化合物から選別された一次候補化合物を1μLずつ添加した(最終濃度25μg/mL)。また、96ウェルプレートの両端に位置するウェルA1及びA12には、溶媒対照としてDMSO(1%)を添加した(図2参照。)。1.5時間振盪した後、規定の量のパラコート(10mM)を各ウェルに添加し、葉緑体の機能不全を誘導した。また、酸化ストレス非誘導条件下での培養による比較のために、パラコートの添加を行わないサンプルも準備した。それぞれのサンプルを24時間培養した後、葉緑体の自家蛍光を、ルミノメーターを用いて0.1秒間記録した(励起波長480nm,蛍光波長740nm)。上記手順は2連で行い、得られた結果の平均値で評価をおこなった。The secondary screening process (method for measuring chlorophyll-derived autofluorescence) was performed as follows. First, 25 mL of cells were collected from the T-87 strain culture by centrifugation and resuspended in 120 mL of reactive oxygen species measurement buffer. The buffer containing T-87 strain (100 μL) was dispensed into each well of a 96-well plate using a multichannel pipette. Then, 1 μL of a primary candidate compound selected from the candidate compounds was added to each well (A2-H11) (final concentration: 25 μg/mL). In addition, DMSO (1%) was added as a solvent control to wells A1 and A12 located at both ends of the 96-well plate (see Figure 2). After 1.5 hours of shaking, a specified amount of paraquat (10 mM) was added to each well to induce chloroplast dysfunction. Samples without paraquat were also prepared for comparison, with cultures under conditions that did not induce oxidative stress. After 24 hours of incubation, the chloroplast autofluorescence was recorded for 0.1 seconds using a luminometer (excitation wavelength: 480 nm, emission wavelength: 740 nm). The above procedure was carried out in duplicate, and the average values were used for evaluation.
二次スクリーニング工程は、植物細胞を一次候補化合物に接触させ、その後酸化ストレス誘導条件下及び酸化ストレス非誘導条件下で培養し、植物細胞の生存性を測定して二次スクリーニングを行うことで一次候補化合物から二次候補化合物を選別する工程である。選別の方法は以下のとおりである。 The secondary screening process involves contacting plant cells with primary candidate compounds, culturing them under oxidative stress-inducing conditions and under non-oxidative stress-inducing conditions, and measuring the viability of the plant cells to perform secondary screening, thereby selecting secondary candidate compounds from the primary candidate compounds. The selection method is as follows.
まず、酸化ストレス非誘導条件下(つまり、パラコート0mM)で培養した場合に、溶媒対照(DMSOのみ添加)よりも有意に小さい自家蛍光値が確認された化合物(図4に例示する結果では該当なし)については、細胞に対して直接に有毒なものである、又は、自家蛍光自体を阻害するものであると考えられるため、排除した。一次候補化合物を添加した場合の自家蛍光値が溶媒対照における自家蛍光値よりも有意に小さいかどうかの基準は、求めるスクリーニングの精度等にもよるが、例えば、溶媒対照における自家蛍光値の50%を下回るかどうかを一つの目安とすることができる。なお、溶媒対照における自家蛍光値は、ウェルA1,A12の自家蛍光値の平均値とした。First, compounds that were confirmed to have significantly lower autofluorescence values than the solvent control (DMSO only) when cultured under non-oxidative stress-inducing conditions (i.e., 0 mM paraquat) (not applicable in the results shown in Figure 4) were excluded because they are considered to be directly toxic to cells or to inhibit autofluorescence itself. The criteria for whether the autofluorescence value when a primary candidate compound is added is significantly lower than that of the solvent control depend on factors such as the desired screening accuracy, but one guideline is whether the autofluorescence value is below 50% of the autofluorescence value of the solvent control. The autofluorescence value of the solvent control was taken as the average of the autofluorescence values of wells A1 and A12.
次に、上記の基準により排除された化合物を除く一次候補化合物の中から、パラコートの添加により誘発される葉緑体崩壊(つまり、植物細胞の生存性)に有意な影響を与える化合物を選別した。つまり、溶媒対照の結果よりも有意に小さい自家蛍光が確認された化合物(例えば、図4のウェルF4,F5,F11の化合物)と、有意に大きい自家蛍光が確認された化合物(例えば、図4のウェルA8,B5,C7,C8,E7,H6の化合物)とを選別し、二次候補化合物とした。一次候補化合物を添加した場合の自家蛍光値が溶媒対照における自家蛍光値よりも有意に小さいかどうか及び有意に大きいかどうかの基準は、求めるスクリーニングの精度等にもよるが、例えば、溶媒対照における自家蛍光値の50%を下回るかどうか及び150%を上回るかどうかを、それぞれ一つの目安とすることができる。実施例における二次候補化合物には、以下の化合物(1)、化合物(2)及び化合物(3)が含まれていた。
4.シロイヌナズナ植物体を用いた試験
最後に、シロイヌナズナ植物体を用い、実施例に係るスクリーニング方法によりスクリーニングされた化合物が生物刺激剤、防疫剤又は除草剤として用いることができるかどうか確認した。なお、シロイヌナズナ植物体を用いた試験のための化合物(1)、化合物(2)及び化合物(3)はナミキ商事株式会社から入手した。
4. Test using Arabidopsis thaliana plants Finally, it was confirmed whether the compounds screened by the screening method of the present example can be used as biostimulants, disease prevention agents, or herbicides using Arabidopsis thaliana plants. Compounds (1), (2), and (3) for the test using Arabidopsis thaliana plants were obtained from Namiki Shoji Co., Ltd.
4-1.生物刺激剤
図5は、化合物(1)の生物刺激剤としての効果を説明するために示す図である。図5(a)は化合物(1)の生物刺激剤としての効果を確認するためにおこなった試験を模式的に表す図であり、図5(b)は試験結果を示す写真である。
4-1. Biostimulant Figure 5 is a diagram illustrating the effect of compound (1) as a biostimulant. Figure 5(a) is a schematic diagram of a test conducted to confirm the effect of compound (1) as a biostimulant, and Figure 5(b) is a photograph showing the test results.
二次候補化合物である上記化合物(1)について、生物刺激剤として機能するかどうかを試験した(図5(a)参照。)。まず、発芽1週間後のシロイヌナズナ(Col-0、以下同様。)を、化合物(1)を含む1/2MS寒天培地(MS培地における無機塩類の濃度を半分として寒天で固化させた培地、pH5.7)上で、長日条件下(明期16時間/暗期8時間、22℃)で5日間栽培した(Chemical treatment)。その後、当該シロイヌナズナを、パラコート(MV)を含む1/2MS寒天培地に移植し(MV treatment)、長日条件下で4日間栽培して状態を目視観察により確認した(Visible selection)。なお、化合物(1)の代わりにDMSOを用いた対照試験もおこなった。また、1/2MS寒天培地における化合物(1)及びパラコートのモル濃度は、いずれも50μMとした。The secondary candidate compound, Compound (1), was tested for its function as a biostimulant (see Figure 5(a)). First, Arabidopsis thaliana (Col-0, hereafter referred to as "Col-0"), 1 week after germination, was grown on 1/2 MS agar medium containing Compound (1) (MS medium with half the concentration of inorganic salts solidified with agar, pH 5.7) under long-day conditions (16 hours light/8 hours dark, 22°C) for 5 days (chemical treatment). The Arabidopsis thaliana was then transferred to 1/2 MS agar medium containing paraquat (MV) (MV treatment) and grown under long-day conditions for 4 days, after which the condition was visually confirmed (visible selection). A control experiment was also conducted using DMSO instead of Compound (1). The molar concentrations of compound (1) and paraquat in the 1/2 MS agar medium were both 50 μM.
その結果、DMSOを用いた対照試験ではシロイヌナズナは白化し、枯死したことが確認できた。一方、化合物(1)を用いた試験ではシロイヌナズナは緑色を保ち、生育を続けていることが確認できた(図5(b)参照。)。As a result, it was confirmed that in the control test using DMSO, Arabidopsis thaliana turned white and died. On the other hand, in the test using compound (1), it was confirmed that Arabidopsis thaliana remained green and continued to grow (see Figure 5(b)).
4-2.防疫剤
図6は、化合物(2)の防疫剤としての効果を示す棒グラフである。図6の棒グラフの縦軸は細菌の密度(植物重量1mgあたりのコロニー形成単位)(単位:CFU/mg)を示し、横軸は添加した化合物を示す。
6 is a bar graph showing the effect of compound (2) as a plant disease preventive agent. The vertical axis of the bar graph in Fig. 6 shows the bacterial density (colony forming units per mg of plant weight) (unit: CFU/mg), and the horizontal axis shows the compound added.
二次候補化合物である上記化合物(2)について、防疫剤として機能するかどうかを試験した。当該試験においては、植物病原細菌としてP.syringae pv.tomato DC3000(以下、DC3000株と記載する。)を用いた。DC3000株は、リファンピシン(50μg/mL)を含むマンニトール-グルタミン酸(MG)寒天培地を用いて、28℃で24時間培養した。また、シロイヌナズナとしては、化合物(2)を含む1/2MS寒天培地上で、長日条件下で10日間栽培したものを用いた。1/2MS寒天培地における化合物(2)のモル濃度は、25μMとした。The secondary candidate compound, compound (2), was tested for its function as a disease prevention agent. In this test, P. syringae pv. tomato DC3000 (hereinafter referred to as DC3000 strain) was used as the plant pathogenic bacterium. The DC3000 strain was cultured at 28°C for 24 hours on mannitol-glutamic acid (MG) agar medium containing rifampicin (50 μg/mL). Arabidopsis thaliana was grown under long-day conditions for 10 days on 1/2 MS agar medium containing compound (2). The molar concentration of compound (2) on the 1/2 MS agar medium was 25 μM.
シロイヌナズナの根の先端を細菌培養培地の希釈液(OD600:0.002)に1秒間浸すことでDC3000株を接種した。接種後、シロイヌナズナを新しい1/2MS寒天培地に移植し、長日条件下で7日間栽培した。その後、シロイヌナズナにおけるDC3000株の生育を調べるため、シロイヌナズナを5%H2O2に2分間浸漬して表面殺菌した。滅菌水で3回洗浄した後、6本のシロイヌナズナのサンプルを、5mLの滅菌水とともに乳鉢及び乳棒を用いてホモジナイズした。その後、適切に希釈したサンプルをMG寒天培地にプレーティングした。30℃で数日間培養した後、プレート上に形成されたコロニーを数え、細菌の密度を植物重量1mgあたりのコロニー形成単位として表した。なお、化合物(2)の代わりに、対照としてのDMSO及び従来知られている防疫剤であるBTH(Acibenzolar-S-methyl)(富士フイルム和光純薬株式会社から購入)を用いた試験もおこなった。 Arabidopsis root tips were inoculated with the DC3000 strain by dipping them into a diluted bacterial culture medium (OD 600 : 0.002) for 1 second. After inoculation, Arabidopsis plants were transferred to new 1/2 MS agar plates and grown under long-day conditions for 7 days. To examine the growth of DC3000 on Arabidopsis, the plants were surface-sterilized by immersing them in 5% H2O2 for 2 minutes. After washing three times with sterile water, six Arabidopsis samples were homogenized with 5 mL of sterile water using a mortar and pestle. Appropriately diluted samples were then plated on MG agar plates. After incubation at 30°C for several days, the colonies formed on the plates were counted, and the bacterial density was expressed as colony-forming units per mg of plant weight. In addition, tests were also carried out using DMSO as a control and BTH (Acibenzolar-S-methyl) (purchased from Fujifilm Wako Pure Chemical Industries, Ltd.), a conventionally known antimicrobial agent, instead of compound (2).
その結果、化合物(2)はDMSOを用いた場合(コントロール)と比較してDC3000株の増殖を明らかに抑制することが確認できた(図6参照。)。全てのデータは3~5回の実験における平均値および標準誤差を示しており、ウェルチのt検定により有意差を検討している。P***<0.001である。 As a result, it was confirmed that compound (2) clearly inhibited the proliferation of DC3000 strain compared to DMSO (control) (see Figure 6). All data show the mean and standard error of 3 to 5 experiments, and significance was examined using Welch's t-test. P *** <0.001.
4-3.除草剤
図7は、化合物(3)の除草剤としての効果を説明するために示す図である。図7(a)は化合物(3)の除草剤としての効果を確認するためにおこなった試験を模式的に表す図であり、図7(b)はDMSOに関する試験結果を示す写真であり、図7(c)は化合物(3)に関する試験結果を示す写真である。
4-3. Herbicide Figure 7 is a diagram illustrating the herbicide effect of compound (3). Figure 7(a) is a schematic diagram showing the test conducted to confirm the herbicide effect of compound (3), Figure 7(b) is a photograph showing the test results for DMSO, and Figure 7(c) is a photograph showing the test results for compound (3).
二次候補化合物である上記化合物(3)について、除草剤として機能するかどうかを試験した(図7(a)参照。)。まず、発芽1週間後のシロイヌナズナを、化合物(3)を含む1/2MS寒天培地(pH5.7)上で、長日条件下(明期16時間/暗期8時間、22℃)で5日間栽培した(Chemical treatment)。なお、化合物(3)の代わりにDMSOを用いた対照試験もおこなった。その後、シロイヌナズナの状態を目視観察により確認した(Visible selection)。1/2MS寒天培地における化合物(3)のモル濃度は、50μMとした。 The secondary candidate compound, compound (3), was tested for its ability to function as a herbicide (see Figure 7(a)). First, Arabidopsis thaliana plants were grown one week after germination on 1/2 MS agar medium (pH 5.7) containing compound (3) under long-day conditions (16 hours light/8 hours dark, 22°C) for five days (chemical treatment). A control test was also conducted using DMSO instead of compound (3). The condition of the Arabidopsis thaliana plants was then visually confirmed (visible selection). The molar concentration of compound (3) on the 1/2 MS agar medium was set to 50 μM.
その結果、DMSOを用いた対照試験ではシロイヌナズナは緑色を保ち、正常に生育していることが確認できた(図7(b)参照。)。一方、化合物(3)を用いた試験ではシロイヌナズナは白化し、成長異常又は枯死が発生することが確認できた(図7(c)参照。)。As a result, in the control test using DMSO, it was confirmed that Arabidopsis thaliana remained green and grew normally (see Figure 7(b)). On the other hand, in the test using compound (3), it was confirmed that Arabidopsis thaliana turned white and experienced growth abnormalities or withering (see Figure 7(c)).
5.結果
上記の試験例により、本発明のスクリーニング方法は、少量の植物細胞及び化合物により実施が可能であり、かつ、簡易かつ迅速に多種類の化合物をスクリーニングすることが可能であり、従来のスクリーニング方法よりも費用、時間及び労力を低減することができることが確認できた。
5. Results The above test examples confirmed that the screening method of the present invention can be carried out using small amounts of plant cells and compounds, and is capable of screening a wide variety of compounds simply and quickly, thereby reducing costs, time, and labor compared to conventional screening methods.
また、上記の試験例により、本発明の生物刺激剤、防疫剤及び除草剤は、本発明のスクリーニング方法により新たな用途を見出された化合物を含む、有用な薬剤の候補であることが確認できた。 Furthermore, the above test examples confirmed that the biostimulants, disease prevention agents, and herbicides of the present invention are useful drug candidates, including compounds for which new uses have been discovered using the screening method of the present invention.
以上、本発明を上記の実施形態に基づいて説明したが、本発明は上記の実施形態に限定されるものではない。その趣旨を逸脱しない範囲において種々の態様において実施することが可能であり、例えば、次のような変形も可能である。 The present invention has been described above based on the above embodiment, but the present invention is not limited to the above embodiment. It can be implemented in various ways without departing from the spirit of the invention, and for example, the following modifications are also possible:
(1)上記実施形態においては、植物細胞は光合成能を有する植物細胞であり、二次スクリーニング工程においてはクロロフィル由来の自家蛍光を測定することで植物細胞の生存性を測定するが、本発明はこれに限定されるものではない。二次スクリーニング工程においてクロロフィル由来の自家蛍光を測定する方法を用いない場合には、植物細胞は光合成能を有しない植物細胞であってもよい。この場合の二次スクリーニング工程においては、例えば、エバンスブルーアッセイにより植物細胞の生存性を測定することができる。 (1) In the above embodiment, the plant cells are photosynthetic plant cells, and the viability of the plant cells is measured in the secondary screening step by measuring chlorophyll-derived autofluorescence, but the present invention is not limited to this. If a method for measuring chlorophyll-derived autofluorescence is not used in the secondary screening step, the plant cells may be plant cells that do not have photosynthetic ability. In this case, the viability of the plant cells can be measured in the secondary screening step, for example, by Evans Blue assay.
(2)上記実施形態においては、植物細胞はシロイヌナズナ由来の緑色培養細胞T-87株であるが、本発明はこれに限定されるものではない。光合成能を有する植物細胞として他の植物細胞(例えば、タバコ由来の緑色培養細胞NI株)を用いてもよい。 (2) In the above embodiment, the plant cells are the T-87 strain of green cultured cells derived from Arabidopsis thaliana, but the present invention is not limited to this. Other plant cells (e.g., the NI strain of green cultured cells derived from tobacco) may also be used as plant cells capable of photosynthesis.
(3)上記実施形態においては、酸化ストレス誘導条件で用いる物質はパラコート(メチルビオローゲン)であるが、本発明はこれに限定されるものではない。他の酸化ストレス誘導物質を用いてもよい。 (3) In the above embodiment, the substance used under the oxidative stress-inducing conditions is paraquat (methyl viologen), but the present invention is not limited to this. Other oxidative stress-inducing substances may also be used.
(4)上記実施形態においては、一次スクリーニング工程において化学発光プローブを用いて活性酸素種の生成量を測定するが、本発明はこれに限定されるものではない。他の方法(例えば、蛍光による測定や酸化還元反応を用いた測定)で活性酸素種の生成量を測定してもよい。 (4) In the above embodiment, the amount of reactive oxygen species produced is measured using a chemiluminescent probe in the primary screening step, but the present invention is not limited to this. The amount of reactive oxygen species produced may also be measured using other methods (e.g., measurement using fluorescence or a redox reaction).
(5)上記実施形態においては、化学発光プローブはMCLAであるが、本発明はこれに限定されるものではない。他の化学発光プローブ(例えば、CLA、FCLA、Red-CLAといったCLA関連試薬)を用いてもよい。 (5) In the above embodiment, the chemiluminescent probe is MCLA, but the present invention is not limited to this. Other chemiluminescent probes (e.g., CLA-related reagents such as CLA, FCLA, and Red-CLA) may also be used.
Claims (6)
植物細胞を前記候補化合物に接触させ、その後酸化ストレス誘導条件下及び酸化ストレス非誘導条件下で培養し、活性酸素種の生成量を測定して一次スクリーニングを行い、前記候補化合物から一次候補化合物を選別する一次スクリーニング工程と、
前記植物細胞を前記一次候補化合物に接触させ、その後酸化ストレス誘導条件下及び酸化ストレス非誘導条件下で培養し、前記植物細胞の生存性を測定して二次スクリーニングを行うことで前記一次候補化合物から二次候補化合物を選別する二次スクリーニング工程とを含むことを特徴とするスクリーニング方法。 A screening method for evaluating whether a plurality of candidate compounds can be used as a plant biostimulant, a plant disease prevention agent, or a plant herbicide, comprising:
a primary screening step of contacting plant cells with the candidate compounds, culturing the cells under oxidative stress-inducing conditions and under oxidative stress-non-inducing conditions, measuring the amount of reactive oxygen species produced, and selecting a primary candidate compound from the candidate compounds;
a secondary screening step of contacting the plant cells with the primary candidate compounds, then culturing them under oxidative stress-inducing conditions and under oxidative stress-non-inducing conditions, and measuring the viability of the plant cells to perform secondary screening, thereby selecting secondary candidate compounds from the primary candidate compounds.
前記二次スクリーニング工程においては、クロロフィル由来の自家蛍光を測定することで前記植物細胞の生存性を測定することを特徴とする請求項1に記載のスクリーニング方法。 The plant cells are photosynthetic plant cells,
2. The screening method according to claim 1, wherein the viability of the plant cells is determined by measuring autofluorescence derived from chlorophyll in the secondary screening step.
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