Production of plant with high ascorbic acid contents by metabolic engineering

2020 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 18K05620
• Research Institution: Hiroshima University
• Principal Investigator: 藤川 愉吉 広島大学, 統合生命科学研究科(生), 講師 (10506687)
• Project Period (FY): 2018-04-01 – 2021-03-31
• Keywords: アスコルビン酸 / 生合成酵素 / アセロラ / 遺伝子発現

Outline of Annual Research Achievements

本研究では、植物のアスコルビン酸(AsA)強化を目指し、AsA生合成経路に着目している。アセロラ(Malpighia glabra L.)のAsA生合成酵素の発現解析からAsA生合成経路の６つの生合成酵素のうち、３つの酵素（GDP-D-mannose pyrophosphorylase；GMP、GDP-D-mannose-3’,5’-epimerase；GMEおよびGDP-L-galactosephosphorylase ；GGP）の共発現が、細胞内のAsA強化に重要であると考えている。本年度は、それらAsA生合成酵素の遺伝子について、構成的高発現プロモーターであるカリフラワーモザイクウイルスCaMV35Sプロモーターの下流に、それぞれアセロラのMgGMP、MgGMEおよびMgGGP遺伝子を導入した発現カセットを持つ植物用の遺伝子発現ベクターを用いてシロイヌナズナに遺伝子導入した。その結果、一過的な過剰発現に比べてAsAが強化されない可能性が示唆された。そこで、アセロラMgGMPおよびMgGGP遺伝子はシロイヌナズナと比べて高発現しているため、それらの遺伝子プロモーターを利用した遺伝子発現カセットを構築し、構成的高発現用の遺伝子発現ベクターを作製した。
AsA生合成の最終酵素であるL-galactono-1,4-lactone dehydrogenase；GalLDH（GalLDH）はミトコンドリアに局在していることが知られており、前年度にMgGalLDHのN末端領域にミトコンドリア局在シグナルが存在することが明らかにしている。そこで本年度はミトコンドリア局在シグナルを欠失した遺伝子を植物細胞に導入してアスコルビン酸を評価した。その結果、ミトコンドリア局在シグナルを欠損したMgGalLDHの過剰発現したプロトプラストでは有意なAsAの増加は認められなかった。