Reconstruction of Plant-derived Rare Sesquiterpenoids Biosynthetic Pathways

• Project Area: Creation of Complex Functional Molecules by Rational Redesign of Biosynthetic Machineries
• Project/Area Number: 17H05442
• 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: Osaka University
• Principal Investigator: 関 光 大阪大学, 工学研究科, 准教授 (30392004)
• 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: 植物セスキテルペノイド / 生合成 / セスキテルペン環化酵素 / シトクロムP450モノオキシゲナーゼ / 組換え酵母

Outline of Annual Research Achievements

1. Guaianolide Sesquiterpene Lactones（GSL）生合成経路の再構築：Guaianolide Sesquiterpene Lactones（GSL）は、5員環-7員環-ラクトン環が縮合した基本構造を持つ植物セスキテルペノイドの一グループであり、がん幹細胞に対する選択的な細胞毒性を発揮する化合物を含むことが報告されている。本研究では、組換え酵母内におけるGSL生合成経路の再構築を目指して、植物トランスクリプトームデータから候補となる生合成酵素遺伝子を探索し機能を解析した。シャムジンコウのセスキテルペン環化酵素、レタスのシトクロムP450モノオキシゲナーゼ、クソニンジン由来アルコールデヒドロゲナーゼおよびアルデヒドデヒドロゲナーゼを組換え酵母内で組み合わせることでGSLの前駆体となりうるδ-guaianoic acidのde novo合成に成功した。次に、ラクトン環形成に関わる酵素遺伝子の候補をシナジンコウおよびThapsia garganicaからマイニングし、計9種の候補P450の酵素機能を解析した。その結果、1種はδ-guaieneに対する酸化活性を示し13-hydroxy-δ-guaieneを、もう一種は11,12-epoxy-7-hydroxy-δ-guaieneを生成物として与えることが判明した。残りのうち4種は上記とは異なる構造未同定のδ-guaiene水酸化体を生成物として与えることが判明した。
２. ヨモギ属植物が生産する希少セスキテルペノイド生合成経路の再構築：多様なセスキテルペノイドを生産するヨモギ属に着目し生合成関連酵素を探索した。ミブヨモギから4-Amorphen-11-ol合成酵素を、A. abrotanumから7-epi-silphiperfol-5-ene合成酵素を、新規セスキテルペン合成酵素として同定した。

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

• [Int'l Joint Research] ベトナム科学技術アカデミー(ベトナム)
• [Journal Article] Transcriptome sequencing and identification of cytochrome P450 monooxygenases involved in the biosynthesis of maslinic acid and corosolic acid in <i>Avicennia marina</i> (2018)
  • Author(s): Nakamura M, Tran ML, Le QL, Suzuki H, Nguyen CM, Vu HG, Tamura K, Nguyen VT, Suzuki H, Misaki R, Muranaka T, Ninh KB, Fujiyama K, Seki H*
  • Journal Title: Plant Biotechnology Volume: 35 Issue: 4 Pages: 341-348
  • DOI: 10.5511/plantbiotechnology.18.0810a
  • NAID: 130007599213
  • ISSN: 1342-4580, 1347-6114
  • Year and Date: 2018-12-25
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Comparative analysis of CYP716A subfamily enzymes for the heterologous production of C-28 oxidized triterpenoids in transgenic yeast (2018)
  • Author(s): Suzuki H, Fukushima E.O, Umemoto N, Ohyama K, Seki H, Muranaka T
  • Journal Title: Plant Biotechnology Volume: 35 Issue: 2 Pages: 131-139
  • DOI: 10.5511/plantbiotechnology.18.0416a
  • NAID: 130007393760
  • ISSN: 1342-4580, 1347-6114
  • Year and Date: 2018-06-25
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] The Basic Helix-Loop-Helix Transcription Factor GubHLH3 Positively Regulates Soyasaponin Biosynthetic Genes in Glycyrrhiza uralensis (2018)
  • Author(s): Tamura Keita、Yoshida Koki、Hiraoka Yasuko、Sakaguchi Daiki、Chikugo Ayaka、Mochida Keiichi、Kojoma Mareshige、Mitsuda Nobutaka、Saito Kazuki、Muranaka Toshiya、Seki Hikaru
  • Journal Title: Plant and Cell Physiology Volume: 59 Issue: 4 Pages: 778-791
  • DOI: 10.1093/pcp/pcy046
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Isolation and Characterization of the Soybean Sg-3 Gene that is Involved in Genetic Variation in Sugar Chain Composition at the C-3 Position in Soyasaponins (2018)
  • Author(s): Yano Ryoichi、Takagi Kyoko、Tochigi Saeko、Fujisawa Yukiko、Nomura Yuhta、Tsuchinaga Hiroki、Takahashi Yuya、Takada Yoshitake、Kaga Akito、Anai Toyoaki、Tsukamoto Chigen、Seki Hikaru、Muranaka Toshiya、Ishimoto Masao
  • Journal Title: Plant and Cell Physiology Volume: 59 Issue: 4 Pages: 792-805
  • DOI: 10.1093/pcp/pcy019
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Plant-derived isoprenoid sweeteners: recent progress in biosynthetic gene discovery and perspectives on microbial production (2018)
  • Author(s): Seki Hikaru、Tamura Keita、Muranaka Toshiya
  • Journal Title: Bioscience, Biotechnology, and Biochemistry Volume: in press Issue: 6 Pages: 927-934
  • DOI: 10.1080/09168451.2017.1387514
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Identification and characterization of a novel sesquiterpene synthase, 4-amorphen-11-ol synthase, from Artemisia maritima (2018)
  • Author(s): Muangphrom P, Seki H, Matsumoto S, Nishiwaki M, Fukushima EO, Muranaka T
  • Journal Title: Plant Biotechnology Volume: in press
  • NAID: 130007393777
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Revealing the catalytic residues of amorpha-4,11-diene synthase (ADS): new insight for engineering terpene synthases (2017)
  • Author(s): Muangphrom Paskorn、Seki Hikaru、Muranaka Toshiya
  • Journal Title: Biotarget Volume: － Pages: 19-19
  • DOI: 10.21037/biotarget.2017.12.03
  • Peer Reviewed
• [Presentation] 植物由来有用化合物の組換え酵母での生産 ～植物科学者が思う「こんな酵母があったらな、、」 (2019)
  • Author(s): 關 光
  • Organizer: 第86回酵母研究会
  • Invited
• [Presentation] 植物トリテルペノイドの機能とその代謝制御 (2018)
  • Author(s): 關 光
  • Organizer: 理研シンポジウム
  • Invited
• [Presentation] 植物の希少セスキテルペノイド生合成システムの再構築 (2018)
  • Author(s): 關 光
  • Organizer: 新学術領域研究「生合成リデザイン」第５回公開シンポジウム
  • Invited
• [Presentation] Functional analysis of amorpha-4,11-diene synthase (ADS) homologs from non-artemisinin-producing Artemisia species: the discovery of novel koidzumiol and (+)-α-bisabolol synthases (2017)
  • Author(s): Muangphrom P, Seki H, Suzuki M, Komori A, Nishiwaki M, Mikawa R, Fukushima EO, Muranaka T
  • Organizer: Terpnet 2017
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Heterologous production of antimalarial precursor amorpha-4,11-diene in Artemisia absinthium L. callus (2017)
  • Author(s): Setiawan A, Muangphrom P, Fukushima EO, Seki H, Muranaka T
  • Organizer: 第35回日本植物細胞分子生物学会大会