麹菌異種発現系を用いた感染時特異的な糸状菌代謝産物の安定供給

• Project Area: Creation of Complex Functional Molecules by Rational Redesign of Biosynthetic Machineries
• Project/Area Number: 17H05425
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research on Innovative Areas (Research in a proposed research area)
• Allocation Type: Single-year Grants
• Review Section: Science and Engineering
• Research Institution: Hokkaido University
• Principal Investigator: 尾崎 太郎 北海道大学, 理学研究院, 助教 (40709060)
• Project Period (FY): 2017-04-01 – 2019-03-31
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2018)
• Budget Amount: ¥7,540,000 (Direct Cost: ¥5,800,000、Indirect Cost: ¥1,740,000); Fiscal Year 2018: ¥3,770,000 (Direct Cost: ¥2,900,000、Indirect Cost: ¥870,000); Fiscal Year 2017: ¥3,770,000 (Direct Cost: ¥2,900,000、Indirect Cost: ¥870,000)
• Keywords: 抗生物質 / 生合成 / 生体分子

Outline of Annual Research Achievements

本研究課題では、植物病原菌や共生菌において宿主植物感染時に特異的に発現する二次代謝遺伝子に着目した。それらの生合成遺伝子に由来する二次代謝産物は、生産菌からの単離が困難であると考えられる。そこで麹菌を宿主とする生合成遺伝子の異種発現によって、最終産物の同定を試みた。
当初標的の一つとして挙げたTrichoderma virens由来PKS-NRPS遺伝子tex13の機能解析が困難であったことから、前年度は植物病原性糸状菌Pseudocerocospora fijiensisが有するジテルペン生合成遺伝子群の異種発現を行った。それにより宿主への感染時に協調して転写活性化される8遺伝子に由来する新規ブラシッシセン類縁体を同定することができた。また、段階的に異種発現株を構築する過程で複数の生合成中間体を同定し、ブラシッシセン生合成において未解明であった骨格転位を触媒する酵素を明らかにした。本年度は、さらにブラシッシセン生産菌として知られる病原性糸状菌Alternaria brassicicolaにおける生合成遺伝子の機能解析も行った。P. fijiensisとA. brassicolaの生合成遺伝子を比較すると、後者の菌の方が多くの修飾酵素を有している。それらの一つである、P450遺伝子をP. fijiensis由来の遺伝子と共発現したところ、新たな酸化生成物が確認できた。この化合物については、単離・構造解析を行い、13位炭素が水酸化されたことを確認している。今回得られた結果とP. fijiensis由来遺伝子の解析結果を合わせて考えると、現在報告されているほぼすべてのブラシッシセン類縁体の生合成経路を説明可能である。以上、麹菌を宿主とする異種発現によって2種の病原性糸状菌が生産するブラシッシセンの生合成経路を再構築し、その構造多様化機構を明らかにすることができた。

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。

Research Products

• [Journal Article] Biosynthetic study of conidiation-inducing factor conidiogenone: Heterologous production and cyclization mechanism of a key bifunctional diterpene synthase (2019)
  • Author(s): Shiina, T.; Nakagawa, K.; Fujisaki, Y.; Ozaki, T.; Liu, C.; Toyomasu, T.; Hashimoto, M.; Koshino, H.; Minami, A.; Kawaide, H.; Oikawa, H.
  • Journal Title: Biosci. Biotechnol. Biochem. Volume: 83 Issue: 2 Pages: 192-201
  • DOI: 10.1080/09168451.2018.1536518
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Heterologous production of asperipin-2a: Proposal for sequential oxidative macrocyclization by a fungi-specific DUF3328 oxidase (2019)
  • Author(s): Ye, Y.; Ozaki, T.; Umemura, M.; Liu, C.; Minami, A.; Oikawa, H.
  • Journal Title: Org. Biomol. Chem. Volume: 17 Issue: 1 Pages: 39-43
  • DOI: 10.1039/c8ob02824a
  • NAID: 120006776812
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Total biosynthesis of brassicicenes: Identification of a key enzyme for skeletal diversification (2018)
  • Author(s): Tazawa, A.; Ye, Y.; Ozaki, T.; Liu, C.; Ogasawara, Y.; Dairi, T.; Higuchi, Y.; Kato, N.; Gomi, K.; Minami, A.; Oikawa, H.
  • Journal Title: Org. Lett. Volume: 20 Issue: 19 Pages: 6178-6182
  • DOI: 10.1021/acs.orglett.8b02654
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Identification of novel sesterterpenes by genome mining of phytopathogenic fungi Phoma and Colletotrichum sp. (2018)
  • Author(s): Gao Lei、Narita Koji、Ozaki Taro、Kumakura Naoyoshi、Gan Pamela、Minami Atsushi、Liu Chengwei、Lei Xiaoguang、Shirasu Ken、Oikawa Hideaki
  • Journal Title: Tetrahedron Letters Volume: 59 Issue: 12 Pages: 1136-1139
  • DOI: 10.1016/j.tetlet.2018.02.022
  • NAID: 120006814278
  • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Enzymatic formation of a skipped methyl-substituted octaprenyl side chain of longestin (KS-505a): Involvement of homo-IPP as a common extender unit (2018)
  • Author(s): Ozaki Taro、Shinde Sandip S.、Gao Lei、Okuizumi Ryo、Liu Chengwei、Ogasawara Yasushi、Lei Xiaoguang、Dairi Tohru、Minami Atsushi、Oikawa Hideaki
  • Journal Title: Angewandte Chemie International Edition Volume: 57 Issue: 22 Pages: 6629-6632
  • DOI: 10.1002/anie.201802116
  • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
• [Presentation] 真菌由来希少テルペノイドの生合成研究と異種生産 (2018)
  • Author(s): 尾崎太郎、山根桃華、田澤聡大、叶英、劉成偉、小笠原泰志、大利徹、南篤志、及川英秋
  • Organizer: 第60回天然有機化合物討論会
• [Presentation] Studies on the biosynthesis of terpenoids from fungal phytopathogens. (2018)
  • Author(s): Taro Ozaki
  • Organizer: The 3rd A3 foresight symposium on Chemical & Synthetic Biology of Natural Products
  • Int'l Joint Research / Invited
• [Presentation] 麹菌異種発現系を用いた感染時特異的な糸状菌代謝産物の安定供給 (2018)
  • Author(s): 尾崎太郎
  • Organizer: 機能分子の革新的創成科学「生合成リデザイン」第4回公開シンポジウム
  • Invited
• [Presentation] 特殊条件下で生産される植物病原菌由来ジテルペンの全生合成と多様性創出機構 (2018)
  • Author(s): 田澤聡大、叶英、尾崎太郎、劉成偉、南篤志、小笠原泰志、大利徹、及川英秋
  • Organizer: 第30回記念万有札幌シンポジウム
• [Presentation] バナナ病原菌が感染時に生産するジテルペン類の異種生産 (2018)
  • Author(s): 田澤聡大、叶英、尾崎太郎、劉成偉、南篤志、小笠原泰志、大利徹、及川英秋
  • Organizer: 日本化学会 第98春季年会 (2018)
• [Presentation] 異種発現によるバナナ病原菌由来ジテルペン類の生合成研究 (2018)
  • Author(s): 田澤聡大、叶英、尾崎太郎、劉成偉、南篤志、小笠原泰志、大利徹、及川英秋
  • Organizer: 日本農芸化学会2018年度大会
• [Presentation] Biosynthetic study of novel sesterterpenes: Functional analysis of genes found in the homologous gene clusters (2017)
  • Author(s): Lei Gao, Kousei Kudo, Koji Narita, Atsushi Minami, Chengwei Liu, Taro Ozaki, Hideaki Oikawa
  • Organizer: 第7回CSJ化学フェスタ2017
• [Presentation] Genome Mining of sesterterpenes specifically produced in the infection of phytopathogenic fungi (2017)
  • Author(s): Lei Gao, Kousei Kudo, Koji Narita, Atsushi Minami, Chengwei Liu, Taro Ozaki, Hideaki Oikawa
  • Organizer: 日本化学会北海道支部2017年夏季研究発表会