2021 Fiscal Year Annual Research Report
Genomic origin of chemodiversity in medicinal plants
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19H05652
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| Research Institution | Institute of Physical and Chemical Research |
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Principal Investigator |
齊藤 和季 国立研究開発法人理化学研究所, 環境資源科学研究センター, センター長 (00146705)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
庄司 翼 国立研究開発法人理化学研究所, 環境資源科学研究センター, 上級研究員 (40343272)
山崎 真巳 千葉大学, 大学院薬学研究院, 教授 (70222370)
吉本 尚子 千葉大学, 大学院薬学研究院, 講師 (10415333)
高上馬 希重 北海道医療大学, 薬学部, 准教授 (80342781)
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| Project Period (FY) |
2019-06-26 – 2024-03-31
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| Keywords | 薬用植物 / ゲノム / トランスクリプトーム / メタボローム / 甘草 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究は、主に国内産として保全される重要薬用資源植物を中心に、今後医薬学や医療分野において重要性が増加する薬用資源植物の統合ゲノム科学を推進することを目的とする。特に、漢方処方において最も使用頻度の高い最重要生薬である「甘草」とその他の重要な薬用植物について薬用成分の生産に関する統合ゲノム科学を推進し、薬用資源植物の化学的多様性のゲノム起源解明に資する。
すでにドラフトゲノム配列を発表した1系統（品種）も含め、複数系統のウラル甘草（東北甘草）について高品質ゲノム配列のアッセンブリまで完了し、ウラル甘草の汎ゲノム解析を進めた。また、スペイン甘草（西北甘草）、新疆甘草についてもそれぞれ一系統（品種）ずつについて、同様に開発したアッセンブリ手法で高品質のゲノム配列を決定した。さらに、グリチルリチンを含まないGlycyrrhiza pallidifloraについてもゲノム配列解析を開始した。得られたGlycyrrhiza属植物のゲノムにおいて保存されたシンテニー領域が見いだされ、既知のグリチルリチン生合成遺伝子を含む遺伝子クラスターの存在を予備的に確認した。
高精度ゲノムアッセンブリに用いた手法を用いて、同じマメ科植物の重要生薬「苦参」の基原植物であるクララについても高品質のゲノム配列決定を進めた。さらにインドールアルカロイドを含む薬用植物についてもゲノム解析を進めた。
また、高性能質量分析計を用い、完全安定同位体標識した薬用植物等から広範なメタボローム情報を収集し、ピークアノテーションのためのデータベース化を進めた。また、薬用植物等における二次代謝成分の生合成遺伝子と酵素の機能推定を進めた。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
複数種のウラル甘草、スペイン甘草、新疆甘草等の高品質ゲノムアッセンブリがほぼ予定通りに進展した。また、メタボロームのアノテーションデータベース化を進めた。さらに、薬用成分等の生合成に関与するいくつかの遺伝子と酵素を推定または同定できた。これらの成果を複数の論文および学会発表として公表した。
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| Strategy for Future Research Activity |
昨年度までに得られたウラル甘草の高品質ゲノム配列アッセンブリをもとに、さらに多数の系統（品種）の解析によりウラル甘草についての「汎ゲノム解析」を推進する。また、エピゲノム解析からもグリチルリチンなどの主要成分生産の制御について知見を得る。スペイン甘草および新疆甘草についても高品質ゲノム配列決定を完了し、トランスクリプトームおよびメタボロームデータを併せて、上記のウラル甘草のゲノム等と比較解析を行う。特に、ゲノムシンテニーと遺伝子クラスターについての知見を得る。
部位別のメタボロームデータを統合して遺伝子・代謝成分の共起性ネットワーク解析の精度を高め、成分生産に関わる新規遺伝子を同定する 。ゲノムワイドアソシエーション解析については、グリチルリチンを含有するウラル甘草（複数系統）、スペイン甘草、新疆甘草、およびグリチルリチンを含まない種についてのゲノム配列を成分蓄積のデータと統合して、成分生産と相関する遺伝子変異を推定する。
甘草およびその他の重要薬用資源植物において、薬効成分の生産に関わる候補遺伝子の機能を、ゲノム編集や合成生物学的な手法によって同定しその生産制御に応用する。マメ科植物の重要生薬「苦参」の基原植物であるクララのゲノム配列決定とトランスクリプトームとメタボロームの統合解析に関する論文を準備する。また、重要資源植物における抗癌成分カンプトテシン生産に関するゲノム領域を決定するために比較ゲノム学を進める。また、それ以外の薬用資源植物についてもトランスクリプトームとメタボローム解析が終了した植物種については、ゲノム配列解析を見据えた統合オミクス解析を進める。
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