Uncovering a biosynthetic pathway of plant natural product solanoeclepin A
| Project Area | Systems biosynthetics based on accumulation, prediction, and creation of biological reactions |
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| Project/Area Number |
22H05121
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| Research Category |
Grant-in-Aid for Transformative Research Areas (A)
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| Allocation Type | Single-year Grants |
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| Review Section |
Transformative Research Areas, Section (II)
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| Research Institution | University of Shizuoka |
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Principal Investigator |
渡辺 賢二 静岡県立大学, 薬学部, 教授 (50360938)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
岡本 拓実 静岡県立大学, 薬学部, 研究支援員 (90885245)
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| Project Period (FY) |
2022-06-16 – 2027-03-31
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| Project Status |
Granted (Fiscal Year 2024)
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| Budget Amount *help |
¥83,590,000 (Direct Cost: ¥64,300,000、Indirect Cost: ¥19,290,000)
Fiscal Year 2024: ¥15,730,000 (Direct Cost: ¥12,100,000、Indirect Cost: ¥3,630,000)
Fiscal Year 2023: ¥15,340,000 (Direct Cost: ¥11,800,000、Indirect Cost: ¥3,540,000)
Fiscal Year 2022: ¥17,680,000 (Direct Cost: ¥13,600,000、Indirect Cost: ¥4,080,000)
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| Keywords | ソラノエクレピンA / ジャガイモシストセンチュウ孵化誘因物質 / ステロール / 生合成 / 農薬 / 天然物 / 生合成メカニズム / ジャガイモシストセンチュウ / ステロイド / 予知生合成 / 植物 / 孵化誘因物質 |
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| Outline of Research at the Start |
植物由来天然物の生合成遺伝子は微生物のようなクラスター構造とは異なり、植物染色体上に散逸した生合成遺伝子を過不足なく見出す汎用的方法論がないため、天然物生合成遺伝子を如何にして同定するか。また、極めて成功例の少ない植物由来天然物の物質生産を如何にして可能とするのか不明な点が多く存在する。そこで申請者はナス科植物で成長に関与する3種遺伝子の欠損によりモデル植物となったMicro-Tomの突然変異誘導体を利用することで、ソラノエクレピンAの生合成遺伝子を同定し生合成経路を解明する。
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| Outline of Annual Research Achievements |
我々はsolanoeclepin Aの化学骨格がステロイド様骨格を有していることに着目し、多くの植物ステロール化合物の出発化合物とされている、2,3-oxidosqualeneから生合成されると予測した。また、2,3- oxidosqualeneは植物において主に、β-amyrin、cycloartenol、lanosterolの3つに生合成されると考えられている。この中でもcycloartenolは有機化学的な実験によって、solanoeclepin A様化合物の合成が報告されている。さらに、Micro-Tomの各組織特異的なRT-PCRによる発現解析の結果、根でcycloartenol synthase（CAS1）がほかの2つの化合物の生合成遺伝子よりも発現していることが判明したため、cycloartenolを経由して生合成されると考えた。そこで、2,3-oxidosqualene、cycloartenolからsolanoeclepin Aまでの生合成経路を作業仮設的に考案した。そこには多くの酸化酵素やメチル基転移酵素などが関与していることが考えられる。これらより、予測した生合成経路に関与していると思われる遺伝子の候補を上げるために、Micro-Tomの各部位特異的なtranscriptome解析を行った。各植物組織から抽出したRNAを次世代シーケンサーに供した結果、そのすべてで2.3 Gb以上の塩基数、Q20のスコアが95以上の良好な結果を得ることができた。このデータを用いて、S. lycopersicumのreference genomeにmappingを行ったところ、すべてのサンプルにおいてmapping率は90％以上を記録した。このデータを基にDEGsを調査したところ、8,562個の遺伝子が各サンプル内において発現変動が起こっていた結果を得ることができた。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
1: Research has progressed more than it was originally planned.
Reason
これまで難易度の高かったジャガイモシストセンチュウの簡便な孵化活性評価法の確立およびその誘因物質であるソラノエクレピンAの簡便な検出方法の確立に成功した。そこでこれら試験方法を活用し有機合成に頼るのではなく、ソラノエクレピンAの生合成経路や生合成遺伝子を特定し、遺伝子組換え微生物による発酵的生産法を確立しソラノエクレピンAを大量供給し騙し打ち農薬とする一歩を踏み出すに至った。さらに見出された生合成遺伝子を欠損させた変異株をジャガイモシストセンチュウ抵抗性品種として世に出す事が可能となったため。
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| Strategy for Future Research Activity |
ゲノム比較解析の結果を用いて候補遺伝子を見出し、その欠損株を作出する。作出した欠損株を用いて孵化実験を行うことで生合成遺伝子を同定する。また、野生株とsterol-C5-desaturase (STE1/DWARF7, AT3G02580）およびBaeyer-Villiger monooxygenase（CYP85A3）遺伝子欠損株とのtranscriptome比較を行い、発現変動遺伝子を探索する。その後、ゲノム比較解析の結果と組み合わせることによって候補遺伝子を見出す。その際に候補になってくる代表的な遺伝子の機能としては、水酸基の付与や環拡大などに必要な複数の酸化酵素、メチル基を付加することで化合物1の骨格を形成していくメチル基転移酵素になると考えている。
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Report
(1 results)
Research Products
(30 results)
