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2017 Fiscal Year Annual Research Report

Studies on biosynthesis of fairy chemicals on a novel purine metabolic pathway

Research Project

Project/Area Number 16H06192
Research InstitutionShizuoka University

Principal Investigator

崔 宰熏  静岡大学, 農学部, 助教 (40731633)

Project Period (FY) 2016-04-01 – 2019-03-31
Keywordsフェアリー化合物 / プリン代謝 / 生合成 / 代謝産物
Outline of Annual Research Achievements

AHX、ICA、AOHは新しい植物ホルモンである可能性が高いと考え、これを証明するために、本研究では、これらの化合物の生合成・代謝・受容機構の全容を明らかにすることを目的にして研究を行った。
1)FCs生合成前駆体・代謝産物の探索:前年度までの研究を継続した。AHXの代謝産物である4つ新規化合物を単離した。絶対配置を明らかにするために、化学合成とX線結晶構造解析を行い、構造決定した。化合物の構造活性相関を調べたところ不活性体であることが明らかになった(Choi, J.-H. et al., N-Glucosides of fairy chemicals, 2-azahypoxanthine and 2-aza-8-oxohypoxanthine, in rice, Org. Lett., 20, 312-314 (2018))。さらにコムラサキシメジの培養ろ液からシバの生育抑制物質を4つ単離・成功した発表した(Ito, A., Choi, J.-H., et al., Plant growth inhibitors from the culture broth of fairy ring-forming fungus Lepista sordida, Mycoscience, 58, 387-390 (2017))。
2)生合成・代謝経路の解明:前年度までの研究を継続し、FCsの生合成酵素を同定した。AHXとAOH配糖化酵素をイネの植物培養細胞から単離に成功した。またAHXとAOHの中間体であると考えているの研究を継続し、FCsの生合成酵素を同定している。コムラサキシメジ菌糸体培養濾液をHPLCで分析した結果、培養3日目にAHX産生能が高く、その後徐々に低くなり、培養21日目に最も産生能は低くなった。そこで各菌糸体をMiseqに供し、発現差解析 (edgeR) 及びアノテーションを行い、生合成遺伝子を予測した。Burkholderia contaminans CH-1由来AOHの生合成に関わる遺伝子の予測を行った(Choi, J.-H. et al., High-quality draft genome sequence of Burkholderia contaminans CH-1, a gram-negative bacterium that metabolizes 2-azahypoxanthine, a plant growth-regulating compound, Genome Announc., 5(41), e01148-17, (2017))

Current Status of Research Progress
Current Status of Research Progress

1: Research has progressed more than it was originally planned.

Reason

1)FCs生合成前駆体・代謝産物の探索
これまで、AHXあるいはAOHを処理したイネの抽出物からAOHのグルコシド3種及びAHXのグルコシド1種が単離されたが、さらなる代謝産物を探索した。2週間AHX溶液中で培養したイネを地上部、種および根に切り分け、エタノール、アセトンで順次抽出し、得られた可溶部を減圧濃縮後、HPLCによって分析したところ無処理のイネに見られない代謝産物の存在が示唆されたため、各種クロマトグラフィーに供し、精製を行った。現在構造解析している。また、ICAの関してもさらなる代謝産物を3つ発見し、構造決定を行った。二つの新規と1つ既知化合物であった(論文投稿準備中)。現在、AHX配糖化酵素が単離されていることから、得られた配列を異種発現系によって組換えタンパク質を発現し、機能解析を行っている。AHX(あるいはAHXR)の生成には窒素源として一酸化窒素(NO)が必要であることが示唆されているため、NOとFCs生合成系の相関を調べた。生物でもNOがAHX合成に関わることが明らかになった。その遺伝子・タンパク質発現解析を試みている。特にAHX生合成酵素に関して研究が当初計画どおりに進まなかったのでAHXの発見菌株であるコムラサキシメジを用いて研究も行った。AHXの生成には前駆体であるAICAから窒素源として一酸化窒素(NO)が必要であることが示唆されているため、NO合成酵素(NOS)に関してゲノム解析から調べた。コムラサキシメジは他の生物の異なり、8つのNOSを持っていることが明らかになった。現在、詳細に解析している。

Strategy for Future Research Activity

前年度までの研究を継続する。
1)FCs生合成前駆体・代謝産物の探索:AHXのさらなる代謝産物を発見していることからそれらの化合物の構造決定を行う。また、それらの代謝に関わる酵素を同定する。
2)生合成・代謝経路の解明:L-Argからnitric oxide synthase (NOS) によって生成する一酸化窒素がFCs生合成の窒素源として関与していると仮説を立てている。コムラサキシメジの全ゲノムおよび遺伝子発現解析により、8個のNOS遺伝子を持つことが明らかになった。これほど多様なNOS遺伝子を持つ担子菌はコムラサキシメジのみであり、特有のNOSの機能解析を行うことにより、FCsの生合成経路を解明することは極めて独創的かつ挑戦的な試みであると考えられる。
3)受容体の同定:プローブ分子を用いて特異的結合量を調べることで、受容体が高発現するイネの培養条件(AHX処理、ストレスなど)を決定する。確立された条件で各FCsと特異的に結合する受容体の同定を行う。膜タンパク質の受容体はタンパク質リン酸化酵素であり、ヒスチジン・アスパラギン酸のリン酸化などに着目し、組換えタンパク質の作成とFCsとの結合実験により受容体であることを立証する。研究が当初計画どおりに進まない時は様々な変異体を用いFCsの作用に対して感受性を示さない植物のスクリーニングを行い、受容体を探索する。

  • Research Products

    (18 results)

All 2018 2017 Other

All Journal Article (5 results) (of which Peer Reviewed: 5 results,  Open Access: 1 results) Presentation (11 results) (of which Invited: 1 results) Remarks (2 results)

  • [Journal Article] N-Glucosides of fairy chemicals, 2-azahypoxanthine and 2-aza-8-oxohypoxanthine, in rice2018

    • Author(s)
      Choi, J.-H., Wu, J., Sawada, A., Takemura, H., Yogosawa, K., Hirai, H., Kondo, M., Sugimoto, K., Asakawa, T., Inai, M., Kan, T., and Kawagishi, H.
    • Journal Title

      Org. Lett

      Volume: 20 Pages: 312-314

    • DOI

      10.1021/acs.orglett.7b03736

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] シバAgrostis stolonifera由来のコムラサキシメジ菌糸体に対する生育抑制物質2018

    • Author(s)
      崔宰熏,呉静,伏見圭司,平井浩文,河岸洋和
    • Journal Title

      日本きのこ学会誌

      Volume: 25 Pages: 141-144

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Biologically functional molecules from mushroom-forming fungi2018

    • Author(s)
      Choi, J.-H.
    • Journal Title

      Biosci. Biotechnol. Biochem.

      Volume: 82 Pages: 372-382

    • DOI

      10.1080/ 09168451.2018.1431519

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Plant growth inhibitors from the culture broth of fairy ring-forming fungus Lepista sordida2017

    • Author(s)
      Ito, A., Choi, J.-H., Wu, J., Tanaka, H., Hirai, H., and Kawagishi, H.,
    • Journal Title

      Mycoscience

      Volume: 58 Pages: 387-390

    • DOI

      10.1016/j.myc.2017.05.001

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] High-quality draft genome sequence of Burkholderia contaminans CH-1, a gram-negative bacterium that metabolizes 2-azahypoxanthine, a plant growth-regulating compound2017

    • Author(s)
      Choi, J.-H., Moriuchi, R., Sugiura, H., Kawagishi, H, and Dohra, H.
    • Journal Title

      Genome Announc

      Volume: 5 Pages: e01148-17

    • DOI

      10.1128/genomeA.01148-17.

    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Presentation] コムラサキシメジ (Lepista sordida) が産生するフェアリー化合物の生合成酵素遺伝子群の探索2018

    • Author(s)
      伊藤 彰将, 竹村 太秀, 崔 宰熏,鈴木 智大, 道羅 英夫, 平井 浩文, 浅川 倫宏, 稲井 誠, 菅 敏幸, 河岸 洋和
    • Organizer
      日本農芸化学会
  • [Presentation] イネにおけるフェアリー化合物2-azahypoxanthine (AHX)及び2-aza-8-oxohypoxanthine (AOH) の配糖化に関与する糖転移酵素に関する化学的研究2018

    • Author(s)
      崔 宰熏, 近藤遼一,平井 浩文, 浅川 倫宏, 稲井 誠, 菅 敏幸, 河岸 洋和
    • Organizer
      日本農芸化学会
  • [Presentation] イネにおける植物成長調節物質の生合成経路に関する生化学的研究2018

    • Author(s)
      竹村 太秀, 崔 宰熏, 平井 浩文, 浅川 倫宏, 稲井 誠, 菅 敏幸, 河岸 洋和
    • Organizer
      日本農芸化学会
  • [Presentation] フェアリー化合物2-azahypoxanthineの コムラサキシメジにおける生合成研究2018

    • Author(s)
      古田島 美颯, 崔 宰熏, 道羅 英夫, 鈴木 智大,平井 浩文, 浅川 倫宏, 稲井 誠, 菅 敏幸, 河岸 洋和
    • Organizer
      日本農芸化学会
  • [Presentation] コムラサキシメジ由来の植物成長調節物質の代謝産物に関する化学的研究2018

    • Author(s)
      與五澤 薫、崔 宰熏、平井 浩文、稲井 誠、浅川 倫宏、菅 敏幸、河岸 洋和
    • Organizer
      日本農芸化学会
  • [Presentation] 菌類が産生する機能性物質に関する研究2017

    • Author(s)
      崔 宰熏
    • Organizer
      日本農芸化学会中部支部
    • Invited
  • [Presentation] コムラサキシメジにおけるフェアリー化合物2-azahypoxanthineの生合成研究2017

    • Author(s)
      伊藤 彰将、竹村 太秀、崔 宰熏、鈴木 智大、道羅 英夫、平井 浩文、浅川 倫宏、稲井 誠、菅 敏幸、河岸 洋和
    • Organizer
      16回新規素材探索研究会
  • [Presentation] 高感度検出方法を用いたイネにおけるフェアリー化合物の定量化2017

    • Author(s)
      竹村 太秀、崔 宰熏、平井 浩文、浅川 倫宏、稲井 誠、菅 敏幸、河岸 洋和
    • Organizer
      16回新規素材探索研究会
  • [Presentation] フェアリーリングにおけるシバとコムラサキシメジの共存に関する化学的研究2017

    • Author(s)
      崔 宰熏,伊藤 彰将,田中 秀和,呉 静,平井 浩文,河岸 洋和
    • Organizer
      21回日本きのこ学会
  • [Presentation] コムラサキシメジが産生するフェアリー化合物の生合成研究2017

    • Author(s)
      伊藤 彰将,竹村 太秀,崔 宰熏,森 智夫,平井 浩文,河岸 洋和
    • Organizer
      21回日本きのこ学会
  • [Presentation] 植物におけるフェアリー化合物の生合成経路に関する研究2017

    • Author(s)
      竹村 太秀, 崔 宰熏,伊藤 彰将,近藤 遼一,與五澤 薫, 伏見 圭司,道羅 英夫, 成川 礼,松崎 信生,平井 浩文, 浅川 倫宏, 稲井 誠, 菅 敏幸, 河岸 洋和
    • Organizer
      第59回天然有機化合物討論会
  • [Remarks] 研究室HP-研究業績

    • URL

      http://www.agr.shizuoka.ac.jp/c/biochem/index.html

  • [Remarks] 静岡大学グリーン研のニュース

    • URL

      http://www.green.shizuoka.ac.jp/index.html

URL: 

Published: 2018-12-17  

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