Regulatory mechanisms of triterpenoid biosynthesis in plants

2016 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 26450123
• Research Institution: Osaka University
• Principal Investigator: 関 光 大阪大学, 工学研究科, 准教授 (30392004)
• Project Period (FY): 2014-04-01 – 2017-03-31
• Keywords: 植物トリテルペノイド / 生合成 / P450 / プロモーター / 転写因子

Outline of Annual Research Achievements

本研究では、植物トリテルペノイドの生合成に関わる新規生合成酵素の同定、および、生合成遺伝子の組織特異的・外部シグナル応答性の遺伝子発現制御に関わる転写因子の同定を目指した。植物トリテルペノイドには重要生薬の主活性成分として知られる化合物が含まれていることから、植物トリテルペノイドの生合成がどのような機構で制御されているのかを明らかにすることで生合成をより促進するような栽培条件の確立、成分含量の高い優良系統の選抜育種などに有用な情報が得られることが期待できる。さらには、生合成制御においてキーとなる転写因子を同定し、それを高発現する培養組織を作出することで有用トリテルペノイドの代謝工学への展開が期待できる。
平成27年度中に、マメ科カンゾウ（甘草）が生産するグリチルリチンおよびマメ科植物全般が生産するソヤサポニンに注目し、先に同定していた生合成酵素（β-アミリン合成酵素、CYP88D6およびCYP93E3）遺伝子の発現制御に関わるプロモーター単離ならびに候補転写因子の遺伝子単離を行った。平成28年度は、選抜した9種の候補転写因子について上記3種の生合成遺伝子プロモーターに対する転写活性化能を解析し、1種がソヤサポニン生合成に関わるCYP93E3（β-アミリン24位水酸化酵素）遺伝子プロモーターからの転写を30倍以上活性化することを明らかにした。また、カンゾウ培養組織において高く発現しオレアノール酸およびベツリン酸生合成に関わる新規P450（β-アミリン28位酸化酵素、CYP716A179）を同定した。さらに、キキョウの根（桔梗根）に含まれるトリテルペノイド配糖体の生合成に関わる新規P450を同定すべくトランスクリプトーム解析を行い、根において高く発現するP450遺伝子の選抜と機能解析を行うことにより新規P450（β-アミリンβ16位水酸化酵素、CYP716A141）を同定した。

Research Products

• [Journal Article] Cytochrome P450 monooxygenase CYP716A141 is a unique β-amyrin C-16β oxidase involved in triterpenoid saponin biosynthesis in Platycodon grandiflorus. (2017)
  • Author(s): Tamura, K., Teranishi, Y., Ueda, S., Suzuki, H., Kawano, N., Yoshimatsu, K., Saito, K., Kawahara, N., Muranaka, T. and Seki, H.
  • Journal Title: Plant Cell Physiol. Volume: 印刷中 Pages: 印刷中
  • DOI: doi.org/10.1093/pcp/pcx043
  • Peer Reviewed / Acknowledgement Compliant
• [Journal Article] CYP716A179 functions as a triterpene C-28 oxidase in tissue-cultured stolons of Glycyrrhiza uralensis. (2017)
  • Author(s): Tamura, K., Seki, H., Suzuki, H., Kojoma, M., Saito, K. and Muranaka, T.: CYP716A179 functions as a triterpene C-28 oxidase in tissue-cultured stolons of Glycyrrhiza uralensis.
  • Journal Title: Plant Cell Rep. Volume: 36 Pages: 437-445
  • DOI: doi:10.1007/s00299-016-2092-x
  • Peer Reviewed / Acknowledgement Compliant
• [Journal Article] Draft genome assembly and annotation of Glycyrrhiza uralensis, a medicinal legume. (2017)
  • Author(s): Mochida, K., Sakurai, T., Seki, H., Yoshida, T., Takahagi, K., Sawai, S., Uchiyama, H., Muranaka, T. and Saito, K.
  • Journal Title: Plant J. Volume: 89 Pages: 181-194
  • DOI: doi:10.1111/tpj.13385
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] 植物の非糖質系天然甘味成分の生合成 (2016)
  • Author(s): 關 光、田村啓太、村中俊哉
  • Journal Title: FFIジャーナル Volume: 221 Pages: 225-231
  • Peer Reviewed
• [Presentation] 植物トリテルペノイド生合成とその制御機構 (2017)
  • Author(s): 關 光
  • Organizer: 日本農芸化学会2017年度大会
  • Place of Presentation: 京都女子大学（京都市）
  • Year and Date: 2017-03-17 – 2017-03-20
  • Invited
• [Presentation] Molecular cloning and characterization of triterpene oxidases in Platycodon grandifloras. (2017)
  • Author(s): Tamura, K., Teranishi, Y., Suzuki, H., Kawano, N., Yoshimatsu, K., Saito, S., Kawahara, N., Muranaka, T. and Seki, H.
  • Organizer: 第58回日本植物生理学会年会
  • Place of Presentation: 鹿児島大学郡元キャンパス（鹿児島市）
  • Year and Date: 2017-03-16 – 2017-03-18
• [Presentation] Exploration of the transcription factors regulating triterpenoid biosynthesis in licorice. (2017)
  • Author(s): Yoshida, K., Tamura, K., Seki, H., Hiraoka, Y., Mochida, K., Suzuki, H., Kojoma, M., Mitsuda, N., Saito, K. and Muranaka, T.
  • Organizer: 第58回日本植物生理学会年会
  • Place of Presentation: 鹿児島大学郡元キャンパス（鹿児島市）
  • Year and Date: 2017-03-16 – 2017-03-18
• [Presentation] 植物テルペノイドの代謝多様性と遺伝子ディスカバリー (2016)
  • Author(s): 關 光
  • Organizer: 第53回植物化学シンポジウム
  • Place of Presentation: 千葉大学亥鼻キャンパス（千葉市）
  • Year and Date: 2016-12-10 – 2016-12-10
  • Invited
• [Presentation] Identification of β-amyrin 28-oxidase in Glycyrrhiza uralensis. (2016)
  • Author(s): Tamura, K., Seki, H., Suzuki, H., Kojoma, M. and Muranaka, T.
  • Organizer: 第68回生物工学会大会
  • Place of Presentation: 富山国際会議場（富山県富山市）
  • Year and Date: 2016-09-28 – 2016-09-30
• [Presentation] テルペノイドの代謝多様性と遺伝子ディスカバリー (2016)
  • Author(s): 關 光、福島エリオデット、村中俊哉
  • Organizer: 第68回生物工学会大会
  • Place of Presentation: 富山国際会議場（富山市）
  • Year and Date: 2016-09-28 – 2016-09-30
  • Invited
• [Presentation] キキョウサポニンの生合成に関わるシトクロムP450の同定 (2016)
  • Author(s): 寺西優雅、田村啓太、鈴木秀幸、河野徳昭、吉松嘉代、川原信夫、村中俊哉、關 光
  • Organizer: 第34回日本植物細胞分子生物学会大会
  • Place of Presentation: 信州大学繊維学部（上田市）
  • Year and Date: 2016-09-01 – 2016-09-03
• [Presentation] 薬用植物カンゾウのトリテルペノイド生合成制御に関わる転写因子の探索 (2016)
  • Author(s): 田村啓太、關 光、吉田光輝、平岡靖子、持田恵一、鈴木秀幸、高上馬希重、光田展隆、高木 優、斉藤和季、村中俊哉
  • Organizer: 第34回日本植物細胞分子生物学会大会
  • Place of Presentation: 信州大学繊維学部（上田市）
  • Year and Date: 2016-09-01 – 2016-09-03
• [Presentation] Identification of β-amyrin 28-oxidase in Glycyrrhiza uralensis. (2016)
  • Author(s): Tamura, K., Seki, H., Suzuki, H., Kojoma, M. and Muranaka, T.
  • Organizer: 55th Annual Meeting of the Phytochemical Society of North America
  • Place of Presentation: Davis, California, USA
  • Year and Date: 2016-08-06 – 2016-08-10
  • Int'l Joint Research