2021 Fiscal Year Annual Research Report
リグニンの多様性と可変性：組換え植物で探る木質の機能と利用へのインパクト
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20H03044
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| Research Institution | Kyoto University |
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Principal Investigator |
飛松 裕基 京都大学, 生存圏研究所, 准教授 (20734221)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
堀 千明 北海道大学, 工学研究院, 助教 (50722948)
久住 亮介 京都大学, 農学研究科, 助教 (70546530)
梅澤 俊明 京都大学, 生存圏研究所, 教授 (80151926)
今井 友也 京都大学, 生存圏研究所, 教授 (90509142)
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| Project Period (FY) |
2020-04-01 – 2023-03-31
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| Keywords | リグニン / 細胞壁 / リグノセルロース |
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| Outline of Annual Research Achievements |
複雑多様なリグニンの分子構造は、維管束植物の進化・環境適応と密接に関係する木質細胞壁の本質的特徴であると同時に、脱炭素社会構築 を担う木質バイオマス利用の重要阻害要因でもある。しかし、リグニンの分子構造と木質細胞壁の生理機能・超分子構造 ・ 各種バイオマス利用特性の関係性の理解は未だ著しく欠落している。本研究では、木質の構造と特性に及ぼすリグニンの寄与を体系的に明らかにすることを目的とし、リグニンの量・構造を系統的に変化させたリグニン改変組換え植物を作出し、その細胞壁の化学構造・超分子構造・各種特性を体系的に調べ、改変されたリグニンの量・構造との関係性を明らかにする。2021年度は、リグニン及びリグニン－多糖間の架橋に寄与する細胞壁結合型フェルラ酸の形成に寄与する遺伝子群をバイオインフォマティクス解析及び遺伝子発現解析により選定し、それらを標的としたゲノム編集により、リグニン及び細胞壁結合型フェルラ酸改変したイネ変異株の作出に成功した。またこれまでに同定したリグニン生合成遺伝子のうち複数を標的としたゲノム編集により、リグニン中の複数のサブストラクチャーを欠失した多重変異株の作成にも成功した。得られたゲノム編集イネ株の細胞壁の化学構造を各種化学分析及び2D NMR解析により明らかにした。また、種々の植物種におけるリグニン生合成機構の解明、代謝工学、生物分解等を目的とする共同研究において、リグニン構造解析やイメージング解析の実験も行った。これらの成果の一部を纏め、論文発表及び学会発表を行った。
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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
当初の計画以上に、多数のリグニン及び細胞壁結合型フェルラ酸改変イネ株（4CL、C4H、ALDH、PMT、各種トリシン生合成酵素ノックアウトイネ）の作出に成功し、過去に作出したリグニン改変組換えイネと共に、細胞壁の化学構造及び超分子構造の解析を進めることができた。得られた成果を纏め2件の論文発表を行った。また、種々の植物種におけるリグニン生合成機構の解明、代謝工学、生物分解等を目的とする共同研究において、リグニン構造解析やイメージング解析の実験で貢献し、3件の共著論文発表も行った。以上のことから、本課題は、当初の計画以上に進展していると考えている。
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| Strategy for Future Research Activity |
令和4年度は、これまでに作成したリグニン及び細胞壁結合型フェルラ酸改変イネ株の細胞壁性状解析を中心に進める予定である。とりわけ、固体NMR及びX線を用いた細胞壁の固体高次構造の比較評価を進め、細胞壁超分子構造に及ぼすリグニン及び細胞壁結合型フェルラ酸の寄与の詳細を明らかにする。各種固体NMR及びX線法を用いた細胞壁の固体高次構造評価については、令和2年度までに予備実験を済ませており、問題なく実行できると考えている。
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