植物細胞中の構造を維持した未変性ペクチンの抽出と構造に基づく機能の解明

• Project/Area Number: 20K06175
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
• Allocation Type: Multi-year Fund
• Section: 一般
• Review Section: Basic Section 40020:Wood science-related
• Research Institution: National Institute of Advanced Industrial Science and Technology
• Principal Investigator: 熊谷 明夫 国立研究開発法人産業技術総合研究所, 材料・化学領域, 主任研究員 (30747837)
• Project Period (FY): 2020-04-01 – 2023-03-31
• Project Status: Granted (Fiscal Year 2021)
• Budget Amount: ¥3,640,000 (Direct Cost: ¥2,800,000、Indirect Cost: ¥840,000); Fiscal Year 2022: ¥1,300,000 (Direct Cost: ¥1,000,000、Indirect Cost: ¥300,000); Fiscal Year 2021: ¥1,300,000 (Direct Cost: ¥1,000,000、Indirect Cost: ¥300,000); Fiscal Year 2020: ¥1,040,000 (Direct Cost: ¥800,000、Indirect Cost: ¥240,000)
• Keywords: ペクチン / 柑橘 / 植物細胞壁 / セルロースナノファイバー

Outline of Research at the Start

植物細胞壁中に存在する水溶性多糖の中でも特に複雑な構造をもつペクチンは、従来法で抽出すると構造変化を伴い植物組織内で存在している状態を維持していない。本研究では、申請者らが製造に成功した未変性のペクチンが特異な分子間互作用で結合したセルロースナノファイバーから未変性ペクチンを分離・単離する方法を見出し、ペクチンが本質的に示す構造的特徴と物性、その相関から植物組織内におけるペクチンの機能を解明する。

Outline of Annual Research Achievements

本研究の目的は、植物組織内におけるペクチンが本質的に示す構造的特徴と物性、その相関から植物組織内におけるペクチンの機能を解明することである。この目的を達成するため、申請者らが開発した技術で製造した未変性のペクチンが特異な分子間互作用で結合した柑橘由来のセルロースナノファイバー(CNF)から、未変性のペクチンを分離・単離することで、植物組織内におけるペクチン本来の機能を明らかにすることを目指している。
今年度は、初年度にセルロース分解酵素の反応条件を制御することで柑橘由来のCNFから調製可能になった変性が抑えられたペクチンの構造的特徴の解析を中心に取り組んだ。従来法で抽出したペクチンと比較すると、原子間力顕微鏡で観察した形態的特徴に差は見られなかったが、分子量や構成糖の比率、エステル化度に違いが見られ、また、部分分解物の比較から側鎖の組成が異なることが示唆された。この化学的構造の違いが、ペクチンの粘度やpH安定性などの物性に影響を与えていると考えられる。これらの結果は、従来法で抽出したペクチンが主鎖、側鎖ともに部分的に断片化していることを示唆しており、CNFから調製したペクチンが、従来法に比べて変性が抑えられていることを裏付けている。
次年度は、この化学的構造を核磁気共鳴や赤外分光などを用いてより詳細に調べるとともに、変性を抑えられたペクチンを用いることで、ペクチンが細胞組織内において果たす役割、特に植物細胞間の接着に関わる機能を明らかにすることを目指す。

Current Status of Research Progress

2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.

Reason

研究計画では、２年目までに初年度に取得方法を確立したCNFからの変性を抑えたペクチンについて、物性評価に加え、構造的特徴を明らかにすることを目標とし、物性と構造との相関解析も進めることを計画していた。
構造的特徴の解析は２年目から最終年度に掛けて実施する計画であり、２年目までの研究で、組成分析に加え、部分分解物の一部解析を行うことで、従来法で抽出したペクチンと、本課題の方法で調製したペクチンの構造の違い、その構造が物性に影響を与えることを示す結果が得られており、最終年度に詳細な解析を行うことで、目標を達成できる状況にある。
このような状況から本研究は研究計画に対して順調に進んでいると判断した。一方で、論文等にまとめるまでの成果に達していない状況から、進捗状況は「おおむね順調に進んでいる」とした。

Strategy for Future Research Activity

おおむね計画通りに進行しているため、当初の研究計画通り、最終年度はCNFから調製した変性を抑えたペクチンの構造的特徴の解析に対して、２年度までに実施した分子量測定、化学組成分析として全糖量およびウロン酸量、構成糖やエステル化度の分析に続き、核磁気共鳴や赤外分光、質量分析などを用いた精密解析を実施し、従来の抽出方法で得られるペクチンとの違いから、変性が抑えられたペクチン特有の構造を明らかにすることで、植物組織内におけるペクチンが本質的に示す構造的特徴を見出す。この構造的特徴と、２年目までに解析した物性との相関関係を明らかにし、論文等の成果物とすることを目指す。また、ペクチンの機能として考えられている植物細胞間の接着に寄与する構造的特徴の解析を中心に、植物組織内におけるペクチンの機能の解析も合わせて実施する。