Biosynthetic enzyme engineering and synthetic biochemical approaches to terpene precision enzyme synthesis

2021 Fiscal Year Final Research Report

• Project/Area Number: 19H02894
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
• Allocation Type: Single-year Grants
• Section: 一般
• Review Section: Basic Section 38040:Bioorganic chemistry-related
• Research Institution: Tokyo University of Agriculture and Technology
• Principal Investigator: Kawaide Hiroshi 東京農工大学, (連合)農学研究科(研究院), 教授 (20291916)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 豊増 知伸 山形大学, 農学部, 教授 (60272085)
• Project Period (FY): 2019-04-01 – 2022-03-31
• Keywords: テルペン / 植物生理活性物質 / 生合成 / 環化酵素 / シトクロムP450 / Pichia pastoris

Outline of Final Research Achievements

We challenged the creation of artificial terpene-creating enzymes that produce new structures and difficult-to-obtain terpenes by mutating or functionally modifying terpene biosynthetic enzymes. In the study of plant-derived diterpene cyclases, we artificially produced functionally modified diterpene cyclases by mutagenesis, and obtained biosynthetic genes involved in the biosynthesis of novel diterpene compounds from RNAseq analysis expressing in the leaves of the slow-evolving plants. Based on cytochrome P450 studies, we have succeeded in analyzing the functions of genes related to momilactone biosynthesis from a moss, and have elucidated the entire biosynthetic pathway up to momilactone A from syn-pimaradiene.

Free Research Field

天然物生合成化学・生物有機化学

Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements

テルペン類は、香料や精油成分をはじめ農学・薬学分野における生理活性物質や工学分野におけるファインケミカルまでさまざまな利用があり，我々人類をはじめ地球上の全ての生物にとって必要不可欠な化合物群として社会でも重要性が認識されている。新たなテルペン類の創製や生理活性を有する新規テルペン類の発見は，地球上での持続的な発展とともに自然保護や環境問題への解決ツールとしても期待されるべきものと考えられる。コケ類でアレロパシー活性を持つモミラクトン生合成の全容解明は，陸上では移動できない植物の生存圏確保の仕組みを理解する基盤となる。植物からの新規なテルペンの発見は，さまざまな分野での応用が期待できる。