| Project/Area Number |
22K15136
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| Research Category |
Grant-in-Aid for Early-Career Scientists
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| Allocation Type | Multi-year Fund |
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| Review Section |
Basic Section 44030:Plant molecular biology and physiology-related
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| Research Institution | Yokohama City University |
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Principal Investigator |
山本 浩太郎 横浜市立大学, 理学部, 助教 (60888535)
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| Project Period (FY) |
2022-04-01 – 2025-03-31
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| Project Status |
Granted (Fiscal Year 2023)
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| Budget Amount *help |
¥4,680,000 (Direct Cost: ¥3,600,000、Indirect Cost: ¥1,080,000)
Fiscal Year 2023: ¥1,690,000 (Direct Cost: ¥1,300,000、Indirect Cost: ¥390,000)
Fiscal Year 2022: ¥2,990,000 (Direct Cost: ¥2,300,000、Indirect Cost: ¥690,000)
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| Keywords | アルカロイド / 異形細胞 / 一細胞メタボロミクス / 薬用植物 / チョウジソウ / アルカロイド細胞 / 一細胞オミクス / ニチニチソウ / １細胞オミクス / 植物二次代謝 / メタボロミクス |
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| Outline of Research at the Start |
植物が生産する二次代謝産物には、一次代謝産物とは異なり、一連の生合成過程が一つの細胞内で完結せず、複数の細胞を横断して行われるものがある。異形細胞と呼ばれる、他の細胞とは異なる形態をもつ細胞がその代謝の一翼を担っている可能性が示唆されているが、その役割・発生過程・類似性・二次代謝との関連性などは未だによくわかっていない。本研究では、１細胞生物学的手法を植物種ごとに適宜改良して、多様な植物における異形細胞とアルカロイド代謝の関係性を明らかにする。さらに代謝物による異形細胞の分類を行う。
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| Outline of Annual Research Achievements |
植物は、昆虫や草食動物などの捕食者に対する防御物質として、カフェインやモルヒネのような二次代謝産物を生産している。これらの二次代謝産物の中には、薬、嗜好品、さらには染料やゴムなど、人に有用な物質が数多くある。植物の二次代謝には、一連の生合成が一つの細胞内で完結せず、複数の細胞を横断して行われるものがある。キョウチクトウ科ニチニチソウでは、異形細胞と呼ばれる他の細胞とは異なる形態である細胞が、細胞間を横断して行われる二次代謝の一翼を担っている可能性が示唆されているが、その役割・発生過程・類似性・二次代謝との関連性などは未だによくわかっていない。
本研究では、１細胞生物学実験手法を植物種ごとに改良して、多様な植物における異形細胞とアルカロイド代謝の関係性を明らかにしていく。さらに、代謝物による異形細胞の分類を行う。
日本原産薬用植物であるキョウチクトウ科チョウジソウの細胞を蛍光顕微鏡で観察していると、キョウチクトウ科ニチニチソウと似た蛍光性物質を蓄積する異形細胞が存在していることを発見した。本年度は、一細胞メタボロミクス手法を改良して、このチョウジソウの各細胞種や異形細胞に含まれるアルカロイドを明らかにしてきた。その結果、ニチニチソウと同様に、チョウジソウでもアルカロイドを異形細胞に蓄積していることが明らかになった。また、チョウジソウのトランスクリプトームデータを解析した結果、既知のアルカロイド生合成酵素遺伝子のオーソログなど二次代謝に関連のある遺伝子の候補が得られてきた。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
3: Progress in research has been slightly delayed.
Reason
興味深い異形細胞が観察できたキョウチクトウ科チョウジソウにおいては、組織レベルでのメタボロームデータやトランスクリプトームデータを取得して、アルカロイドの代謝経路図を推測してきた。チョウジソウなどの植物で二次代謝研究をはじめるために、分子生物学・生化学などの実験系の構築を行ってきた。本年度、一過的過剰発現の実験系を立ち上げ、チョウジソウのトランスクリプトームデータを元に、アルカロイド合成酵素をスクリーニングする実験をはじめたところであるため、酵素探索についての研究の進捗は当初の計画よりやや遅れている。
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| Strategy for Future Research Activity |
現在、チョウジソウのトランスクリプトームデータより、ニチニチソウやインドジャボクにおいて過去に同定されているアルカロイド合成酵素遺伝子のオーソログを複数得てきている。今後これらの遺伝子に関して、異種発現系を用いて、代謝酵素の探索・機能解析を進め、代謝物の蓄積・反応の場となる分化した細胞種が、多様なアルカロイドを生合成するために、どのような役割を果たしているのかを解明する。また、チョウジソウのように興味深い異形細胞を見つけた植物では、一過的過剰発現やノックダウンの実験系の確立に取り組んでいき、植物体内での代謝機構について調べていく予定である。
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