2020 Fiscal Year Annual Research Report
Functional analysis and molecular design of glycosyltransferases in the biosynthesis of plant triterpenoids
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19H02921
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| Research Institution | Osaka University |
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Principal Investigator |
村中 俊哉 大阪大学, 工学研究科, 教授 (60342862)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
石本 政男 国立研究開発法人農業・食品産業技術総合研究機構, 次世代作物開発研究センター, 研究領域長 (20355134)
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| Project Period (FY) |
2019-04-01 – 2022-03-31
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| Keywords | 合成生物学 / トリテルペノイド / グリチルリチン / 糖転移酵素 / ダイズ / 代謝工学 / 出芽酵母 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
昨年までの研究により、マメ科植物3種（カンゾウ、ダイズ、ミヤコグサ）の遺伝子共発現解析により、グリチルレチン酸にグルクロン酸を転移する糖転移酵素として、これまで知られていたUDP依存型糖転移酵素（UGT）とは、全く異なるタイプの糖転移酵素Cslが関わることが見出された。そこで今年度は、Cslの糖ドナーならびに糖アクセプターについての特性をin vitro系を用いて詳細に検討した。UGDとCslのみを発現する酵母の液体培養系にさまざまな基質を添加した結果、Cslのグルクロン酸転移活性はβ-アミリンを基本骨格とするオレアナン型トリテルペノイドに特異的であることがわかった。
系統樹解析の結果、Cslは10種の異なるファミリーに分類された。そのうち、グルクロン酸転移活性が認められた酵素はいずれもCslMファミリーに属しており、さらに、ダイズでは4種のCslMサブファミリーメンバーを有することから、これらについても酵素活性試験を行った。その結果、先に同定したグルクロン酸転移酵素と高い相同性を示す２種は同様の糖転移活性を有するのに対して、相同性が比較的低かった残りの2種に関してはグルクロン酸転移活性が見られなかった。
以上より、活性が見られたCsl酵素は既存のCslMサブファミリーから機能的に分化した新しい酵素であると考え、CSyGT（Cellulose synthase derived glycosyltransferase）と命名した。
さらに、CSyGTは、小胞体に局在していること、出芽酵母で、グリチルリチン生合成に関わる計7種の植物由来遺伝子を導入することにより、グリチルリチンまでの生合成系が再構築できることを見出した。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
1: Research has progressed more than it was originally planned.
Reason
セルロース合成酵素に類似した酵素群（Csl）のごく一部のクレードに属する酵素遺伝子(CysGT)、オレアナン型トリテルペノイドに特異的にグルクロン酸を転移することを発見した。さらにこれまで知られていた糖転移酵素とは異なり、小胞体に局在していること、出芽酵母で、グリチルリチン生合成に関わる計7種の植物由来遺伝子を導入することにより、グリチルリチンまでの生合成系が再構築できることを見出すなど、画期的な成果をあげることができた。
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| Strategy for Future Research Activity |
Cslのうち、CysGTのみがオレアナン型トリテルペノイドに特異的にグルクロン酸を転移する糖転移酵素活性を有することになったのか、細胞内において、他の酵素群と相互作用を生じないか？など、本糖転移酵素のさらなる機能解明を行うとともに、高効率な触媒活性を有する分子デザインを行う。
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| Remarks |
2020年度の研究成果を記載している。
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