数理解析を基盤とした茶栽培･製造過程での二次代謝産物変動の予測システム化

2015 Fiscal Year Research-status Report

• Project/Area Number: 15KT0030
• Research Institution: Shizuoka University
• Principal Investigator: 渡辺 修治 静岡大学, 創造科学技術大学院, 教授 (90230979)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 吉村 仁 静岡大学, 創造科学技術大学院, 教授 (10291957) ; 大西 利幸 静岡大学, 農学部, 准教授 (60542165) ; 鈴木 秀幸 公益財団法人かずさDNA研究所, その他部局等, グループ長 (80276162)
• Project Period (FY): 2015-07-10 – 2018-03-31
• Keywords: チャ / 数理解析 / コンパートメントモデル / 香気成分配糖体 / 次世代シークエンス / 液胞 / LC-MS/MS

Outline of Annual Research Achievements

栽培チャ葉、製茶製造過程の品種「サヤマカオリ」茶葉試料は静岡県農林研究所茶研究センター・勝野剛博士が調製し､各課題（１，２，４）での実験に供した。
課題（１）アルコール系香気成分グルコピラノシドである、benzyl β-D-glucopyranoside (BnGlc), 2-phenylethyl Glc (2PEGlc), (Z)-3-hexeny Glc (HexGlc)のグルコース6’位水酸基のマロン酸エステル(BnGlcMal, 2PEGlcMal, HexGlcMal)を合成した。分析時の標準化合物としてphenyl Glc(PhGlc)からPhGlcMalの合成も達成した。PhGlcMalのチャ葉メタノール抽出液中での安定性、減圧濃縮、固相抽出時の回収率を検討し、LC-HRMS/MS分析に供する試料の調製ができることを確認した。課題（２）製茶工程における各段階の茶葉からtotal RNAを抽出した。チャ葉の揮発性化合物の抽出およびGCMS分析を行い，分担研究者鈴木らが開発した「金平糖ソフトウェア」を基に解析し，代謝物データの活用法の基盤構築をおこなった。課題（３）Hg(CN)2を触媒として香気成分ROHに対する糖転移反応により合成した。これらを用いて課題（１）の推進に供した。課題（４) チャ培養細胞からプロトプラストを作製し，液胞成分の分離を試みた。課題（５）課題（１）で合成した2PEGlcMal,2PEGlcの検出を試みた。化合物レベルでは上記化合物が検出できたが、チャ葉より10倍程度高濃度の2PEGlcが存在するバラ花弁を用いて検出を試みたが、検出できなかった。課題（６）H26-27年度内に得られたチャ加工時の香気成分の生成・代謝変動データに基づき、全体の構造、必要なデータ入力について担当者間で合意し、コンパートメントモデルの試案を作成した。
各課題における実績を課題参画者が情報を共有するための打ち合わせ会議を実施している。

Current Status of Research Progress

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

Reason

課題（１）不安定代謝物の合成を達成し、その安定性、チャ葉中に標的化合物の存在を示唆するデータを得るなど、当初の予定を上回る成果を得ている。
課題（２）金平糖解析法を活用できることが判明し、今後課題（６）への活用が可能とするなど当初の予定を上回る成果を得ている。
課題（３）不安定なアグリコンを有する配糖体の合成には着手していないが当初の予定通り進捗している。
課題（４）チャ培養細胞からプロトプラストの調製に成功した。細胞質、液胞膜、液胞内成分の分析には着手していないが、短期間内に分析の目途が立つなど当初の予定以上の成果を得た。
課題（５）チャ葉での標的化合物の検出に成功していないこと、一細胞解析を目的とした課題（４）での進捗が期待されるため、課題（５）については中止することとした。
課題（６）関係者が研究会議（静大オフィス、東京田町、東工大内、2月12日）を開催し、H28年度上半期中に、H27年度採取チャ葉に関する代謝物、遺伝子解析データが集まり次第、コンパートメントモデルをプログラム化して、計算する予定である。

Strategy for Future Research Activity

課題（１）アルコール系香気成分配糖体のマロン酸エステル類の合成とライブラリーの充実を図り、下記各課題に標準物質として供する。
課題（２）チャ葉加工過程における代謝、生合成経路の変動を金平糖解析法により明らかにする。
課題（３）不安定なアグリコンの一つとしてモノテルペン類の配糖体合成を達成する。
課題（４）チャ培養細胞内の香気成分配糖体およびマロン酸エステル類の局在科をLC-MS/MSにより解析する。
課題（５）単一細胞、液胞内の成分解析に注力する。
課題（６）関係者による研究会議を本年度も開催する。H27年度までの方針に従って、試料の分析結果に基づく解析手法を確立、改良する。

Causes of Carryover

チャ葉液胞内メタボローム解析実施者（大西）が、多くの試料を次年度分析するために必要な経費を繰り越した。

Expenditure Plan for Carryover Budget

チャ葉細胞分画後、LC-MS/MS分析を主として実施する。

Research Products

• [Int'l Joint Research] 中国科学院華南植物園/西南大学(中国)
  • Country Name: CHINA
  • Counterpart Institution: 中国科学院華南植物園/西南大学
• [Journal Article] Synthesis of a self-assembling gold nanoparticle-supported organocatalyst for enamine-based asymmetric aldol reactions. (2016)
  • Author(s): Soti, P.Z., Yamashita,H., Sato,K., Narumi, T., Toda, M., Watanabe, N., Marosi,G., Mase, N.
  • Journal Title: Tetrahedron Volume: 72 Pages: 1984-1990
  • DOI: doi:10.1016/j.tet.2016.02.065
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Recent advances in the emission and functions of plant vegetative volatiles (2016)
  • Author(s): Dong, F., Fu, X., Watanabe, N., Su, X., Yang
  • Journal Title: Molecules Volume: 21 Pages: -
  • DOI: 10.3390/molecules21020124
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Characteristic fluctuations in glycosidically bound volatiles during tea processing and identification of their unstable derivatives (2016)
  • Author(s): Cui, J., Katsuno, T., Totsuka, K., Ohnishi,T., Takemoto, H., Mase,N., Toda, M.,Narumi, T.,Sato, K., Matsuo, T., Mizutani, K., Yang, Z., Watanabe, N., Tong, H.
  • Journal Title: J. Agric. Food Chem. Volume: 64 Pages: 1151-1157
  • DOI: 10.1021/acs.jafc.5b05072
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research / Acknowledgement Compliant
• [Journal Article] Seasonal induction of alternative principal pathway for rose flower scent. (2016)
  • Author(s): Hirata, H., Ohnishi, T., Tomida, K., Ishida, H., Kanda, M., Sakai, M., Yoshimura, J., Suzuki, H., Ishikawa, T., Dohra, H., Watanabe, N
  • Journal Title: Sci. Rep. Volume: 6 Pages: -
  • DOI: 10.1038/srep20234
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Regulation of formation of volatile compounds of preharvest and postharvest tea (Camellia sinensis) leaves by single light wavelength (2015)
  • Author(s): Fu, X., Chen,Y., Mei, X., Katsuno,T., Kobayashi, E., Dong, F., Watanabe, N., Yang, Z.
  • Journal Title: Sci. Rep. Volume: 5 Pages: -
  • DOI: 10.1038/srep16858
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Does enzymatic hydrolysis of glycosidically bound volatile compounds really contribute to the formation of volatile compounds during the oolong tea manufacturing process? (2015)
  • Author(s): Gui, J.; Fu, X.; Zhou, Y.; Katsuno, T.; Mei, X.; Deng, R.; Xu, X.; Zhang, L.; Dong, F.; Watanabe, N.; Yang, Z
  • Journal Title: J. Agric. Food Chem. Volume: 63 Pages: 6905-6914
  • DOI: 10.1021/acs.jafc.5b02741
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Position-specific isotope analysis of xanthines: a 13C Nuclear magnetic resonance method to determine the 13C intramolecular composition at natural abundance. (2015)
  • Author(s): Diomande, D., Martineau,E., Gilbert, A., Nun, P., Murata, A., Yamada, K., Watanabe, N., Tea, I., Robins, R., Yoshida, N., Remaud, G.
  • Journal Title: Anal. Chem. Volume: 87 Pages: 6600-6606
  • DOI: 0.1021/acs.analchem.5b00559
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Volatile glycosylation in tea plants: Sequential glycosilations for the biosynthesis of aroma b-primeverosides are catalyzed by two Camellia sinensis glycosyltransferases. (2015)
  • Author(s): Ohgami, S., Ono, E., Horikawa, M., Murata, M., Totsuka, K., Toyonaga, H., Ohba, Y., Dohra, H., Asai, T., Matsui, K., Mizutani, M., Watanabe, N., Ohnishi, T.
  • Journal Title: Plant Physiol. Volume: 168 Pages: 464-477
  • DOI: 10.1104/pp.15.00403
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Presentation] 花芽誘導物質LDS1 構造要求性の解明 (2016)
  • Author(s): 山田 優作、土屋 諒、廣住 操俊、佐藤 浩平、鳴海 哲夫、戸田 三津夫、大西 利幸、間瀬 暢之、渡辺 修治
  • Organizer: 日本農芸化学会2016年度大会
  • Place of Presentation: 札幌コンベンションセンター（札幌市）
  • Year and Date: 2016-03-30
• [Presentation] 7-ヒドロキシキノリニウム型ケージド基の創製研究：キノリンのN－アルキル化による高度化､ (2016)
  • Author(s): 二位 明崇, 山口 竣, 佐藤 浩平, 間瀬 暢之, 渡辺 修治, 鳴海 哲夫
  • Organizer: 日本薬学会第１３６回年会
  • Place of Presentation: パシフィコ横浜（神奈川県横浜市）
  • Year and Date: 2016-03-28
• [Presentation] 化学選択的誘導体化によるイオン強度増大を指向したイメージング質量分析におけるラベル化剤の開発 (2016)
  • Author(s): 岡村 拓磨・瀬藤 光利・佐藤 浩平・鳴海 哲夫・渡辺 修治・間瀬 暢之
  • Organizer: 日本化学会第96春季年会
  • Place of Presentation: 同志社大学（京都府京都市）
  • Year and Date: 2016-03-25
• [Presentation] チャ香気に関与するテルペン生合成酵素の機能解明 (2015)
  • Author(s): 大西利幸, 井上智宏, 渡辺修治, 鈴木秀幸
  • Organizer: 植物化学調節学会第50回大会
  • Place of Presentation: 東京大学農学部（東京都文京区）
  • Year and Date: 2015-10-01
• [Presentation] 花芽誘導物質LDS1および構造改変体の合成 (2015)
  • Author(s): 山田優作、土屋諒、廣住操俊､佐藤浩平、鳴海哲夫、戸田三津夫、大西利幸、間瀬暢之、渡辺修治
  • Organizer: 2015年度日本農芸化学会中部・関西支部合同大会（中部支部第147回例会・関西支部第471回講演会）
  • Place of Presentation: 富山県立大学（富山県射水市）
  • Year and Date: 2015-09-20
• [Book] ナノ・バイオテクノロジー (2016)
  • Author(s): 原正和, 渡辺修治, 間瀬暢之, 河岸洋和, 森田達也, 丑丸敬史, 朴龍洙, 猪川洋, 岩田太, 川田善正, 三重野哲, 加藤竜也, 徳元俊伸, 山崎昌一, 小林健二, 山中正道
  • Total Pages: 268
  • Publisher: 静岡学術出版