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リグニンの化学構造‐利用特性相関解明に関する代謝工学的研究

Research Project

Project/Area Number 17J09654
Research Category

Grant-in-Aid for JSPS Fellows

Allocation TypeSingle-year Grants
Section国内
Research Field Wood science
Research InstitutionKyoto University

Principal Investigator

武田 ゆり  京都大学, 農学研究科, 特別研究員(DC2)

Project Period (FY) 2017-04-26 – 2019-03-31
Project Status Completed (Fiscal Year 2018)
Budget Amount *help
¥1,700,000 (Direct Cost: ¥1,700,000)
Fiscal Year 2018: ¥800,000 (Direct Cost: ¥800,000)
Fiscal Year 2017: ¥900,000 (Direct Cost: ¥900,000)
Keywordsリグニン / イネ科植物 / 代謝工学 / 芳香核組成 / 酵素糖化性 / 発熱量 / 木質バイオマス / バイオリファイナリ― / ゲノム編集
Outline of Annual Research Achievements

木質バイオマスの約3割を占めるリグニンの高度利用法の開拓は、環境に調和した循環型社会の構築に必須の課題であり、多方面から検討されているが、その実用化には至っていない。本研究では、優れたバイオマス生産性を示す大型イネ科植物のモデルとしてイネを用い、バイオマスの利用特性向上を目指したリグニンの構造改変を検討した。まず、芳香核水酸化酵素遺伝子の発現制御によりリグニンの芳香核組成を様々に改変した組換えイネの作出を行い、次に、得られる組換えイネにつきバイオマスの各種利用特性を調査し、リグニンの構造と各種利用特性の相関を解明する。以上により、利用目的に応じたイネ科植物の分子育種技術の基盤を構築することを目的としている。
H29年度までに、CAld5Hの発現抑制及び過剰発現によりリグニンのG核及びS核が、またC3'Hの発現抑制によりH核が増強されたリグニンからなる組換えイネの作出に成功している。本年度は、これらのリグニン改変イネについて、各種バイオマスの反応特性及び利用特性の比較評価を行った。その結果、リグニンの各芳香核種の反応性の違いを見出すとともに、H核及びS核の増強が各種前処理法を組み合わせたバイオマス酵素糖化反応の効率向上に、また、H核及びG核の増強がバイオマス発熱量の向上に有効となり得ることを明らかにした。
また、H29年度にC3'Hの機能欠損イネを作出し、それらが著しい生育阻害を引き起こすことを報告した。そこでH30 年度は、本イネ株の更なる性状解析を行い、C3'Hの機能欠損による組織構造や遺伝子発現パターン、低分子二次代謝物プロファイルへの影響を明らかにした。また、H29年度の研究で見出された、イネ科植物に特有の新規なリグニン生合成経路の存在をさらに裏付ける結果も得られた。

Research Progress Status

平成30年度が最終年度であるため、記入しない。

Strategy for Future Research Activity

平成30年度が最終年度であるため、記入しない。

Report

(2 results)
  • 2018 Annual Research Report
  • 2017 Annual Research Report
  • Research Products

    (20 results)

All 2019 2018 2017 Other

All Int'l Joint Research (2 results) Journal Article (8 results) (of which Int'l Joint Research: 5 results,  Peer Reviewed: 8 results,  Open Access: 5 results) Presentation (10 results) (of which Int'l Joint Research: 3 results)

  • [Int'l Joint Research] USDOEバイオエネルギー研究センター/ウィスコンシン大学生化学部門(米国)

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  • [Int'l Joint Research] University of Wisconsin-Madison(米国)

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    • Author(s)
      Yuri Takeda, Shiro Suzuki, Yuki Tobimatsu, Keishi Osakabe, Yuriko Osakabe, Safendrri Komara Ragamustari, Masahiro Sakamoto, Toshiaki Umezawa
    • Journal Title

      Plant Journal

      Volume: 97 Issue: 3 Pages: 543-554

    • DOI

      10.1111/tpj.14141

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    • Author(s)
      Takeda Yuri、Tobimatsu Yuki、Yamamura Masaomi、Takano Toshiyuki、Sakamoto Masahiro、Umezawa Toshiaki
    • Journal Title

      Journal of Wood Science

      Volume: 65 Issue: 1 Pages: 6-6

    • DOI

      10.1186/s10086-019-1784-6

    • NAID

      120006559417

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    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Journal Article] The Structural Integrity of Lignin Is Crucial for Resistance against Striga hermonthica Parasitism in Rice2019

    • Author(s)
      Mutuku J. Musembi、Cui Songkui、Hori Chiaki、Takeda Yuri、Tobimatsu Yuki、Nakabayashi Ryo、Mori Tetsuya、Saito Kazuki、Demura Taku、Umezawa Toshiaki、Yoshida Satoko、Shirasu Ken
    • Journal Title

      Plant Physiology

      Volume: 179 Issue: 4 Pages: 1796-1809

    • DOI

      10.1104/pp.18.01133

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  • [Journal Article] OsMYB108 loss-of-function enriches p-coumaroylated and tricin lignin units in rice cell walls2019

    • Author(s)
      Takuji Miyamoto, Rie Takada, Yuki Tobimatsu, Yuli Takeda, Shiro Suzuki, Masaomi Yamamura, Keishi Osakabe, Yuriko Osakabe, Masahiro Sakamoto, Toshiaki Umezawa
    • Journal Title

      Plant Journal

      Volume: 印刷中 Issue: 6 Pages: 975-987

    • DOI

      10.1111/tpj.14290

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  • [Journal Article] Recruitment of specific flavonoid B-ring hydroxylases for two independent biosynthesis pathways of flavone-derived metabolites in grasses2019

    • Author(s)
      Pui Ying Lam, Andy Lui, Masaomi Yamamura, Lanxiang Wang, Yuri Takeda, Shiro Suzuki, Hongjia Liu, Fu-Yuan Zhu, Mo-Xian Chen, Jian-Hua Zhang, Toshiaki Umezawa, Yuki Tobimatsu, Clive Lo
    • Journal Title

      New Phytologist

      Volume: 印刷中 Issue: 1 Pages: 2014-2019

    • DOI

      10.1111/nph.15795

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  • [Journal Article] Downregulation of p‐COUMAROYL ESTER 3‐HYDROXYLASE in rice leads to altered cell wall structures and improves biomass saccharification2018

    • Author(s)
      Yuri Takeda, Yuki Tobimatsu,Steven D. Karlen, Taichi Koshiba, Shiro Suzuki,Masaomi Yamamura, Shinya Murakami, Mai Mukai, Takefumi Hattori, Keishi Osakabe, John Ralph, Masahiro Sakamoto, Toshiaki Umezawa
    • Journal Title

      Plant Journal

      Volume: 95 Issue: 5 Pages: 796-811

    • DOI

      10.1111/tpj.13988

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  • [Journal Article] Host lignin composition affects haustorium induction in the parasitic plants Phtheirospermum japonicum and Striga hermonthica2018

    • Author(s)
      Cui S, Wada S, Tobimatsu Y, Takeda Y, Saucet S, Takano T, Umezawa T, Shirasu K, Yoshida S
    • Journal Title

      New Phytologist

      Volume: 218 Issue: 2 Pages: 710-723

    • DOI

      10.1111/nph.15033

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    • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
  • [Journal Article] Regulation of CONIFERALDEHYDE 5-HYDROXYLASE expression to modulate cell wall lignin structure in rice2017

    • Author(s)
      Takeda Y, Koshiba T, Tobimatsu Y, Suzuki S, Murakami S, Yamamura M, Rahman Md M, Takano T, Hattori T, Sakamoto M, Umezawa
    • Journal Title

      Planta

      Volume: 246 Issue: 2 Pages: 337-349

    • DOI

      10.1007/s00425-017-2692-x

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  • [Presentation] ゲノム編集技術を用いた p-クマロイルエステル3-ヒドロキシラーゼ機能欠損イネの作出と性状解析2019

    • Author(s)
      武田ゆり,飛松裕基,鈴木史朗,坂本正弘,刑部敬史, 梅澤俊明
    • Organizer
      第69回日本木材学会
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      2018 Annual Research Report
  • [Presentation] CRISPR/Cas9ゲノム編集法によるp-クマロイルエステル3-ヒドロキシラーゼ機能欠損イネの作出と性状解析2018

    • Author(s)
      武田 ゆり、飛松 裕基、鈴木 史朗、坂本 正弘、刑部 敬史、梅澤 俊明
    • Organizer
      第36回日本植物細胞分子生物学会
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      2018 Annual Research Report
  • [Presentation] Downregulation of p-COUMAROYL ESTER 3-HYDROXYLASE in rice leads to altered cell wall structures and improves biomass saccharification2018

    • Author(s)
      Yuri Takeda, Yuki Tobimatsu, Steven D. Karlen, Taichi Koshiba, Shiro Suzuki, Masaomi Yamamura, Shinya Murakami, Mai Mukai, Takefumi Hattori, Keishi Osakabe, John Ralph, Masahiro Sakamoto, and Toshiaki Umezawa
    • Organizer
      The 3rd Asia Research Node Symposium on Humanosphere Science
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      2018 Annual Research Report
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] リグニン芳香核組成を改変した組換えイネ株のバイオマス利用特性解析2018

    • Author(s)
      武田ゆり、飛松裕基、山村正臣、高野俊幸、坂本正弘、梅澤俊明
    • Organizer
      第63回リグニン討論会
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      2018 Annual Research Report
  • [Presentation] リグニン改変組換えイネにおけるバイオマス利用特性の比較解析、ポスター発表2018

    • Author(s)
      武田ゆり、飛松裕基、山村正臣、高野俊幸、坂本正弘、梅澤俊明
    • Organizer
      ADAMフラッグシップシンポジウム
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      2018 Annual Research Report
  • [Presentation] ゲノム編集技術を用いたコニフェリルアルデヒド5-ヒドロキシラーゼ及びp-クマロイルエステル3-ヒドロキシラーゼ機能欠損イネの作出と性状解析2017

    • Author(s)
      武田ゆり、鈴木史朗、飛松裕基、山村正臣、坂本正弘、刑部敬史、梅澤俊明
    • Organizer
      第62回リグニン討論会
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      2017 Annual Research Report
  • [Presentation] CRISPR/Cas9システムを用いたコニフェルアルデヒド5-ヒドロキシラーゼ機能欠損イネの作出と性状解析2017

    • Author(s)
      武田ゆり、鈴木史朗、飛松裕基、山村正臣、坂本正弘、刑部敬史、梅澤俊明
    • Organizer
      細胞壁研究者ネットワーク第11回定例研究会
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      2017 Annual Research Report
  • [Presentation] Genetic manipulation of lignin aromatic composition using CRISPR/Cas9 system: a model study using rice for future biorefinery2017

    • Author(s)
      Yuri Takeda, Shiro Suzuki, Yuki Tobimatsu, Masaomi Yamamura, Masahiro Sakamoto, Keishi Osakabe, Toshiaki Umezawa
    • Organizer
      The 2nd SATREPS conference
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      2017 Annual Research Report
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] リグニンの芳香核組成を改変した形質転換イネにおけるリグノセルロース利用特性の比較評価2017

    • Author(s)
      武田ゆり、飛松裕基、山村正臣、坂本正弘 、梅澤俊明
    • Organizer
      第68回日本木材学会
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      2017 Annual Research Report
  • [Presentation] Genetic manipulation of lignin aromatic composition: a model study using rice for improved grass biorefinery2017

    • Author(s)
      Yuri Takeda, Shiro Suzuki, Yuki Tobimatsu, Masaomi Yamamura, Masahiro Sakamoto, Keishi Osakabe, Toshiaki Umezawa
    • Organizer
      The 4th JASTIP Symposium
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      2017 Annual Research Report
    • Int'l Joint Research

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Published: 2017-05-25   Modified: 2024-03-26  

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