褐藻のフコキサンチン生合成経路の解明

• Project/Area Number: 21K05773
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
• Allocation Type: Multi-year Fund
• Section: 一般
• Review Section: Basic Section 40040:Aquatic life science-related
• Research Institution: Ishikawa Prefectural University
• Principal Investigator: 竹村 美保 石川県立大学, 生物資源環境学部, 准教授 (20273857)
• Project Period (FY): 2021-04-01 – 2024-03-31
• Project Status: Granted (Fiscal Year 2021)
• Budget Amount: ¥4,160,000 (Direct Cost: ¥3,200,000、Indirect Cost: ¥960,000); Fiscal Year 2023: ¥1,560,000 (Direct Cost: ¥1,200,000、Indirect Cost: ¥360,000); 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)
• Keywords: カロテノイド / オキナワモズク / フコキサンチン / 大腸菌 / 褐藻

Outline of Research at the Start

カロテノイドの一種フコキサンチンは、コンブやオキナワモズクなどの褐藻が生産するカロテノイドで、抗肥満作用・抗高血圧作用があるため、昨今サプリメントなどとして需要が高まっている。フコキサンチンがどのようにして生合成されているかはわかっていないため、まず、フコキサンチン生合成に働く遺伝子を探し出す。次に、これらの遺伝子を大腸菌などに導入し、フコキサンチンを大量生産するシステムを開発する。

Outline of Annual Research Achievements

カロテノイドは、植物や微生物によって合成される天然色素であるが、ヒトにとって重要な生理活性物質であるため、食品添加物・サプリメント・化粧品原料として利用されている。カロテノイドの一種フコキサンチンは、コンブやオキナワモズクなどの藻類が生産するカロテノイドで、抗肥満作用・抗高血圧作用があるため、昨今サプリメントなどとして需要が高まっている。これまでに、様々な植物や微生物のカロテノイド生合成経路および生合成遺伝子についての研究が行われ、遺伝子組換え微生物を用いたカロテノイド生産システムが構築されてきた。しかしながら、フコキサンチンに関しては、下流の生合成経路が明らかでなく、生合成遺伝子も不明である。そのため、本研究ではオキナワモズクを用いて、フコキサンチンの生合成経路および生合成遺伝子を明らかにすることを目的とした。
本年度は、フコキサンチン生合成経路の上流経路に働く遺伝子の単離および機能解析を行った。そのためにまず、既知の植物カロテノイド生合成遺伝子と相同な配列を、公開されているオキナワモズクのドラフトゲノム配列や我々のRNA sequencing データから検索した。その結果、PSY, PDS, ZISO, ZDS, CRTISO, LCYb, CYP97B, ZEPと相同な遺伝子を１つもしくは２つずつ見出し、全長配列の単離を行った。さらに、これらの遺伝子を発現用大腸菌ベクターにクローニングし、大腸菌を用いて機能解析を行った。その結果、PSY, PDS, ZDS, CRTISO, LCYb, CYP97Bについては、予想される活性を確認することができた。一方、ZISOについては直接的ではないが間接的に活性を確認している。また、ZEPは活性が確認できていないため、植物を用いた活性測定等を行っている。

Current Status of Research Progress

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

Reason

本研究の前半は、フコキサンチン生合成経路の上流を明らかにすることを目的としていた。それに対して、ゼアキサンチンまでの遺伝子を単離することに成功した。また、ZEP以外は活性が確認できた。ZEPについては、大腸菌での活性測定が難しいことが考えられたので、植物を用いるなど別の方法での活性測定を試みている。このように、おおむね当初の目的を達成しており、順調に進展していると言える。

Strategy for Future Research Activity

今後の推進方策としては、ZEPの活性を明らかにすることをまず行う。それと並行して、フコキサンチン生合成経路の下流を明らかにするための実験を開始する。その方法に関しては、特に当初計画からの変更はなく、ゲノム配列やRNA sequencingのデータ解析からのアプローチを行う予定である。