2015 Fiscal Year Annual Research Report
イネいもち病菌由来多糖分解酵素が誘導する植物細胞壁の力学的強度変化
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26850113
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| Research Institution | Nagaoka University of Technology |
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Principal Investigator |
高橋 真智子 長岡技術科学大学, 工学部, 研究員 (30633333)
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| Project Period (FY) |
2014-04-01 – 2016-03-31
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| Keywords | 植物細胞壁 / ヘミセルロース分解 / 力学的強度解析 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
植物細胞壁は骨格となるセルロースミクロフィブリルにへミセルロース鎖が架橋を形成するβ－グルカンの複合体である。ヘミセルロース鎖の分解（架橋の切断）はセルロースミクロフィブリル間にゆるみ（強度低下）を誘導する。申請者は単子葉植物細胞壁のヘミセルロース鎖を構成する、キシラン、1,3-1,4-β-グルカン及びキシログルカンそれぞれの分解が誘導する植物細胞壁の変化を詳細に解析するために、基質特異的なヘミセルロース鎖分解酵素（キシラナーゼ、1,3-1,4-β-グルカナーゼ、キシログルカナーゼ）を用いて、ヘミセルロース鎖の分解及び分解による植物細胞壁のゆるみ誘導機構について、力学的解析手法を用いて詳細を解析した。
精製した各酵素を用いて単子葉植物であるコムギ子葉鞘の酵素分解を行い、酵素処理した子葉鞘をそれぞれ、細胞壁強度測定装置を用いて植物組織の経時的ひずみを測定し、植物組織の弾性率及び粘性率を算出した。これにより特定のヘミセルロース鎖分解が及ぼす細胞壁全体の物理的強度変化を明らかにし、基質特異性の異なるそれぞれの酵素化学的性質と植物細胞壁の強度変化誘導の関連性を詳細に解析した。
解析の結果、キシラナーゼが強力に小麦細胞壁の粘弾性を低下させ、細胞壁強度変化を強力に誘導することが明らかとなった。また、小麦子葉鞘のキシラナーゼ分解産物の解析を行った結果、キシラン分解と共に1,3-1,4-β-グルカンの遊離が認められた。この結果から植物細胞壁において、1,3-1,4-β-グルカンはキシランを架橋し、細胞壁強度及び柔軟性に深く寄与することを示唆し、新規の細胞壁構造を提示した。これらの成果は学術的にもインパクトが高く、さらに強度解析による植物細胞壁分解メカニズムの理解は今後草本系植物を資源としたバイオエタノールなどの再生可能エネルギー創出において、効率的な酵素処理などにも応用が期待できる。
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