天然物をモデルとしたストレス応答性「花芽誘導低分子」の構造展開と分子機構解明

2014 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 26292059
• Research Institution: Shizuoka University
• Principal Investigator: 渡辺 修治 静岡大学, 創造科学技術大学院, 教授 (90230979)
• Project Period (FY): 2014-04-01 – 2017-03-31
• Keywords: 花芽誘導 / レムナ / 合成 / 構造要求性 / 遺伝子発現

Outline of Annual Research Achievements

乾燥ストレス応答性内生花芽誘導物質として研究代表者（渡辺）らが花芽誘導（花成）研究モデル植物レムナから単離・構造決定した低分子化合物LDS1をヒントに以下の研究を推進している。
・LDS1の9位,13位炭素のキラリティーをMTPAエステルを用いてNMRの詳細な解析に基づき，主要なジアステレオマーを(9R, 13R)と決定した．
・ジアステレオマーの花芽誘導活性：いずれのジアステレオマーとも全く同様な花芽誘導活性を示し，立体配置は花芽誘導活性とは無関係であるとの示唆を得た．
・LDS1の全合成と花芽誘導における構造要求性解析：前年度中に，逆合成解析結果に基づいた全合成を進めた．最終段階での脱水反応のため，LDS1の全合成は未達成である．一方，LDS1の水酸基欠損体および，それらの炭素鎖短縮体3種の合成を達成した．合成したLDS1アナログの花芽誘導活性を検討したところ水酸基欠損体では花芽誘導活性が消失した．LDS1の脂溶性尺度から大きく離れているアナログでは活性が失われるとの示唆が得られた．
・花成制御遺伝子発現解析によるストレス応答性花芽誘導におけるLDS1の役割の解明：レムナにおいてLDS1の投与の有無で花芽誘導遺伝子ホモログの発現解析を試みている．投与直後，5日目，花芽誘導活性が観察できる10日目の試料を調製し，遺伝子を抽出後，次世代シークエンサーによって解析を進めている．解析結果はまだ得られていない．

Current Status of Research Progress

1: Research has progressed more than it was originally planned.

Reason

LDS1の水酸基の欠損体の合成は達成したものの，最終段階での水酸基の脱離により,全合成には至っていない．すなわちLDS1の全合成においては前年度の計画にしたがって概ね順調に進展しているといえる．
一方，4種の,炭素鎖短縮体，水酸基欠損体の創出に成功した．本合成の達成により，構造要求性の解析においては当初の計画以上に進展した．
LDS1の花芽誘導活性と花芽誘導遺伝子発現との関連をレムナにおいて検討すべく，当初は3種程度の候補遺伝子を取り上げクローニングする予定であったが，LDS1投与後の花芽誘導関連遺伝子の発現解析を次世代シークエンサーで解析している．試料の調製，純度の高い遺伝子の抽出に成功し，外部機関に遺伝子解析を依頼している段階で有り，概ね順調に推移している．
代謝抵抗性アナログ,立体配置固定型アナログの分子設計：in silico解析により複数の候補化合物に絞り，その合成法を提案した．また，当初の予定に加え，水酸基と末端カルボキシル基とのラクトン誘導体の合成にも着手するなど，当初計画通り，概ね順調に推移している．

Strategy for Future Research Activity

合成研究，遺伝子発現解析研究とも次年度の計画に従って進めることにより，LDS1の全合成の達成，複数のアナログの合成の目途が立った．分子の脂溶性の尺度に基づいた分子設計の目途も立ったことから本年度内に一部の構造要求性が明確になる．
代謝抵抗性アナログについては，LDS1および，高活性アナログを用いて，花芽誘導期間内における花芽誘導分子の残存量,および，代謝物の検出をLC-MSMS, LC-MSによって分析検討する．このことにより，代謝経路とその速度を見積もることができる．同時に，代謝物の構造を推定することにより，不活性化経路，活性化経路の有無も推定可能となる．
次世代シークエンサーによる花芽誘導関連遺伝子の発現解析結果に基づき，候補遺伝子のRTPCRによる定量的遺伝子解析も試みることで，構造と活性の相関を花芽誘導活性と遺伝子発現解析との両面から検討する．
合成にあたっては連携研究者間瀬，鳴海，遺伝子解析，代謝解析にあたっては連携研究者大西との打ち合わせを密に行い，さらに，研究を推進する．

Causes of Carryover

外部委託を予定していた遺伝子発現解析，代謝物解析が，植物試料の調製がやや遅れたため年度内の契約，決算が終了しなかった．すでに，植物試料は外部委託機関に送付し，解析結果を待っている段階である．

Expenditure Plan for Carryover Budget

次年度に上記経費を計上するとともに，当初から予定していた合成用試薬，ガラス器具，機器使用料，論文校閲経費，旅費（学会参加等）等を計上した．

Research Products

• [Journal Article] Developmental patterns of emission of scent compounds and related gene expression in roses of cultivar Rosa x hybrida cv. ‘Yves Piaget’’ (2015)
  • Author(s): Xiaomin Chen, Susanne Baldermann, Shuyan Cao, Yao Lu, Cixia Liu, Hiroshi Hirata, Naoharu Watanabe.
  • Journal Title: Plant Physiol. Biochem Volume: 87 Pages: 109-114
  • DOI: doi: 10.1016/j.plaphy.2014.12.016.
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Molecular cloning and characterization of a short chain dehydrogenase showing activity with volatile compounds isolated from Camellia sinensis (2015)
  • Author(s): Ying Zhou, Ling Zhang, Jiadong Gui, Fang Dong, Sihua Cheng, Xin Mei, Linyun Zhang, Yongqing Li, Xinguo Su, Susanne Baldermann, Naoharu Watanabe, Ziyin Yang
  • Journal Title: Plant Molecular Biology Reporter Volume: 33 Pages: 253-263
  • DOI: doi: 10.1007/s11105-014-0751-z
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Characterization of flower-inducing compound in Lemna paucicostata exposed to drought stress (2014)
  • Author(s): Ariaki Murata, Ryota Akaike, Tatsuya Kawahashi, Ryo Tsuchiya, Hiroyuki Takemoto, Toshiyuki Ohnishi, Yasushi Todoroki, Nobuyuki Mase, Mineyuki Yokoyama, Kazuteru Takagi, Peter Winterhalter, Naoharu Watanabe
  • Journal Title: Tetrahedron Volume: 70 Pages: 4969-4976
  • DOI: http://dx.doi.org/10.1016/j.tet.2014.03.099
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Occurrences of glycosidically-conjugated 1-phenylethanol and their hydrolase β-primeverosidase in tea (Camellia sinensis) flowers (2014)
  • Author(s): Zhou, Ying; Dong, Fang; Kunimasa, Aiko; Zhang, Yuqian; Cheng, Sihua; Lu, Jiamin; Zhang, Ling; Murata, Ariaki; Frank, Mayer; Fleischmann, Peter; Watanabe, Naoharu,Yang, Ziyin,
  • Journal Title: J. Agric Food Chem. Volume: 62 Pages: 8042-8050
  • DOI: doi: 10.1021/jf5022658.
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Synthesis and characterization of quantum dot nanoparticles bound to plant volatile precursor of hydroxy-apo-10’-carotenal (2014)
  • Author(s): Vo AnhTu, Atsushi Kaga, Karl-Heinz Gericke, Naoharu Watanabe, Tetsuo Narumi, Mitsuo Toda, Bernhard Brueckner, Susanne Baldermann, Nobuyuki Mase
  • Journal Title: J. Org. Chem. Volume: 79 Pages: 6808-6815
  • DOI: doi: 10.1021/jo500605c.
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Discrimination of green, oolong, and black teas by GC-MS analysis of characteristic volatile flavor compounds. (2014)
  • Author(s): Susanne Baldermann, Ziyin Yang, Tsuyoshi Katsuno, Vo Anh Tu, Nobuyuki Mase, Yoriyuki Nakamura, Naoharu Watanabe
  • Journal Title: American J. Analytical Chemistry Volume: 5 Pages: 620-632
  • DOI: doi:10.4236/ajac.2014
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Characterization of odorant compounds and their biochemical formation in green tea with a low temperature storage process. (2014)
  • Author(s): Tsuyoshi Katsuno, Hisae Kasuga, Yumi Kusano, Yoshihiro Yaguchi, Miho Tomomura, Jilai Cui, Ziyin Yang, Susanne Baldermann, Yoriyuki Nakamura, Toshiyuki Ohnishi, Nobuyuki Mase, Naoharu Watanabe
  • Journal Title: Food Chem. Volume: 148 Pages: 388-395
  • DOI: doi:10.1016/j.foodchem.2013.10.069
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Presentation] アオウキクサ花芽誘導物質LDS1およびその誘導体の合成 (2015)
  • Author(s): 土屋諒、山田優作、河橋辰哉、間瀬暢之、鳴海哲夫、戸田三津夫、轟泰司、渡辺修治
  • Organizer: 日本農芸化学会2015年度大会
  • Place of Presentation: 岡山市岡山大学津島キャンパス（岡山県，岡山市）
  • Year and Date: 2015-03-28
• [Presentation] バラ香気成分2-Phenynlethanolの高温期特異的な生成に関する転写解析 (2015)
  • Author(s): 平田拓、大西利幸、鈴木秀幸、渡辺修治
  • Organizer: 日本農芸化学会2015年度大会
  • Place of Presentation: 岡山大学津島キャンパス（岡山県，岡山市）
  • Year and Date: 2015-03-27
• [Presentation] 花の香りの秘密～香りをつくり発散する仕組み、香りの科学と夢への挑戦～ (2015)
  • Author(s): 渡辺修治
  • Organizer: 園芸大学・花と緑の学舎
  • Place of Presentation: 伊丹市柿衛文庫（兵庫県，伊丹市）
  • Year and Date: 2015-03-14
  • Invited
• [Presentation] 花も進化するー花は分子によって環境に適応しているー (2014)
  • Author(s): 渡辺修治
  • Organizer: 第3回浜松発!未来の社会、静岡大学・中日新聞連携講座2014
  • Place of Presentation: 静岡大学浜松キャンパス（静岡県，浜松市）
  • Year and Date: 2014-12-13
  • Invited
• [Presentation] 乾燥ストレスによって生成するアオウキクサ花芽誘導性オキシリピン (2014)
  • Author(s): 渡辺修治
  • Organizer: 第27回植物脂質シンポジウム、日本植物脂質科学研究会
  • Place of Presentation: 静岡市産学交流センター（静岡県，静岡市）
  • Year and Date: 2014-11-28
  • Invited
• [Presentation] Metabolic analyses of volatile compounds and their precursors during the withering process of tea leaves. (2014)
  • Author(s): Naoharu Watanabe, Jilai Cui, Kojiro Totsuka, Toshiyuki Ohnishi, Nobuyuki Mase, Tsuyoshi Katsuno
  • Organizer: International Tea Symposium 2014 -Innovation and Development-
  • Place of Presentation: Hangzhou, China.
  • Year and Date: 2014-11-10 – 2014-11-13
  • Invited
• [Presentation] 性転換植物テンナンショウの性分化制御物質の探索 (2014)
  • Author(s): 井上智宏、渡辺修治、大西利幸
  • Organizer: 植物化学調節学会第4９回大会
  • Place of Presentation: 京都大学農学部キャンパス（京都府，京都市）
  • Year and Date: 2014-10-17 – 2014-10-19
• [Presentation] チャにおける加害応答性モノテルペンアルコール生合成酵素の同定 (2014)
  • Author(s): 井上智宏、阪井直哉、戸塚紘二郎、水谷正治、渡辺修治、大西利幸
  • Organizer: 植物化学調節学会第4９回大会
  • Place of Presentation: 京都大学農学部キャンパス（京都府，京都市）
  • Year and Date: 2014-10-17 – 2014-10-19
• [Presentation] ブラシノステロイド不活性に関わるシトクロムP450酵素CYP2C1の酵素機能解明 (2014)
  • Author(s): 佐原瑞穂、渡辺文太、横田孝雄、渡辺修治、水谷正治、大西利幸
  • Organizer: 植物化学調節学会第4９回大会
  • Place of Presentation: 京都大学農学部キャンパス（京都府，京都市）
  • Year and Date: 2014-10-17 – 2014-10-19
• [Presentation] 花における香気成分の生成・発散メカニズム (2014)
  • Author(s): 渡辺修治
  • Organizer: 第58回香料・テルペンおよび精油化学に関する討論会TEAC 2014
  • Place of Presentation: 和歌山大学システム工学部（和歌山県，和歌山市）
  • Year and Date: 2014-09-20 – 2014-09-22
  • Invited
• [Presentation] 超臨界二酸化炭素中における有機分子触媒的高分子合成：金属・有機溶媒・残存モノマーフリーポリ乳酸 (2014)
  • Author(s): 山本翔司、鳴海哲夫、渡辺修治、間瀬暢之
  • Organizer: プロセス科学会2014サマーシンポジウム
  • Place of Presentation: タワーホール船堀（東京都江戸川区）
  • Year and Date: 2014-07-31 – 2014-08-01
• [Presentation] マイクロバブル・ナノバブル手法を用いた酸化反応プロセスの開発 (2014)
  • Author(s): 坪井拓也、稲澤克幸、鳴海哲夫、渡辺修治、間瀬暢之
  • Organizer: プロセス科学会2014サマーシンポジウム
  • Place of Presentation: タワーホール船堀（東京都江戸川区）
  • Year and Date: 2014-07-31 – 2014-08-01
• [Presentation] 環境ストレス応答性花芽誘導分子・香気成分生合成の分子機構 (2014)
  • Author(s): 渡辺修治
  • Organizer: 第7回超領域研究会
  • Place of Presentation: 静岡大学浜松キャンパス（静岡県，浜松市）
  • Year and Date: 2014-06-20
  • Invited
• [Presentation] 低温萎凋緑茶の香気成分と生成・代謝経路の解析 (2014)
  • Author(s): 渡辺修治
  • Organizer: サーモフィッシャー機器分析ユーザーズフォーラムFood & Agriculture
  • Place of Presentation: フクラシア東京ステーション（東京都，千代田区）
  • Year and Date: 2014-05-14
  • Invited
• [Remarks] Laboratory of Bioorganic Chemistry
  • URL: http://www.ipc.shizuoka.ac.jp/~tnmase/watanabe_lab/
• [Remarks] 静岡大学教員データベース-教員個別情報：渡辺修治 WATANABE, Naoharu
  • URL: https://tdb.shizuoka.ac.jp/RDB/public/Default2.aspx?id=10746&l=0