タンニンの網羅的解析と遺伝子組換えによるユーカリの新規アルミニウム耐性機構の解明

• Project/Area Number: 18H02246
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
• Allocation Type: Single-year Grants
• Section: 一般
• Review Section: Basic Section 40010:Forest science-related
• Research Institution: Forest Research and Management Organization
• Principal Investigator: 田原 恒 国立研究開発法人森林研究・整備機構, 森林総合研究所, 主任研究員 等 (70445740)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 伊東 秀之 岡山県立大学, 保健福祉学部, 教授 (70253002) ; 西口 満 国立研究開発法人森林研究・整備機構, 森林総合研究所, 主任研究員 等 (80353796)
• Project Period (FY): 2018-04-01 – 2022-03-31
• Project Status: Granted (Fiscal Year 2021)
• Budget Amount: ¥16,510,000 (Direct Cost: ¥12,700,000、Indirect Cost: ¥3,810,000); Fiscal Year 2021: ¥3,250,000 (Direct Cost: ¥2,500,000、Indirect Cost: ¥750,000); Fiscal Year 2020: ¥4,160,000 (Direct Cost: ¥3,200,000、Indirect Cost: ¥960,000); Fiscal Year 2019: ¥4,290,000 (Direct Cost: ¥3,300,000、Indirect Cost: ¥990,000); Fiscal Year 2018: ¥4,810,000 (Direct Cost: ¥3,700,000、Indirect Cost: ¥1,110,000)
• Keywords: アルミニウム過剰害 / 加水分解性タンニン / 遺伝子組換え / ユーカリ / 酸性土壌

Outline of Annual Research Achievements

ユーカリ（Eucalyptus camaldulensis）は、酸性土壌で問題となるアルミニウム過剰害に強い耐性を示す。我々は、ユーカリのアルミニウム耐性機構として、根に侵入したアルミニウムを加水分解性タンニン（以下、タンニン）が無毒化するという新しい機構を提唱している。この新機構の全体像を理解するために、以下の二つの目的をとした。（1）種々のタンニンがアルミニウム無毒化に果たす役割を明らかにするために、ユーカリに含まれるタンニンを網羅的に探索し、それらのアルミニウム無毒化能を調べる。（2）タンニンがアルミニウム耐性に必須である直接的な証拠を示すために、タンニン量を減らした遺伝子組換えユーカリを作出し、アルミニウム耐性を非組換えユーカリと比較する。
ユーカリで同定されたタンニン6種類とその関連化合物7種類、計13種類の化合物のアルミニウム無毒化能を生物検定で評価した。評価した化合物全てがアルミニウム無毒化能を示し、分子量が大きい化合物ほどアルミニウム無毒化能が高い傾向にあった。エノテインBだけでなく、その他のタンニンもユーカリでアルミニウムの無毒化に寄与していると考えられる。また、ユーカリのタンニン含有量を測定するため、植物体からの抽出法と高速液体クロマトグラフィーや定量核磁気共鳴法による定量法の条件検討を行った。さらに、タンニン量が少ない遺伝子組換えユーカリの作製に向けて、タンニン生合成遺伝子の発現を抑制するようにユーカリの形質転換を行い、遺伝子組換えユーカリの選抜を行った。

Current Status of Research Progress

2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.

Reason

タンニンとその関連化合物13種類のアルミニウム無毒化能を評価することができた。また、遺伝子組換えユーカリを40系統以上作製することができたので、「おおむね順調に進展している」とした。

Strategy for Future Research Activity

計画通り、遺伝子組換えユーカリと非組換えユーカリで、タンニン含有量とアルミニウム耐性を比較する。

Research Products

• [Int'l Joint Research] マルティン・ルター大学ハレ・ヴィッテンベルク/ライプニッツ植物生化学研究所(ドイツ)
• [Int'l Joint Research] マルティン・ルター大学ハレ・ヴィッテンベルク/ライプニッツ植物生化学研究所(ドイツ)
• [Int'l Joint Research] マルティン・ルター大学ハレ・ヴィッテンベルク(ドイツ)
• [Journal Article] Dehydroquinate dehydratase/shikimate dehydrogenases involved in gallate biosynthesis of the aluminum-tolerant tree species Eucalyptus camaldulensis (2021)
  • Author(s): Tahara K, Nishiguchi M, Funke E, Miyazawa S, Miyama T, Milkowski C
  • Journal Title: Planta Volume: 253 Pages: 3-3
  • DOI: 10.1007/s00425-020-03516-w
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] タンニンによるユーカリの根でのアルミニウム無毒化 (2019)
  • Author(s): 田原恒
  • Journal Title: 生物資源 Volume: 13 Pages: 2-11
  • NAID: 40021927669
• [Presentation] Comprehensive analyses of hydrolyzable tannins in aluminum-resistant tree Eucalyptus camaldulensis (2021)
  • Author(s): Tahara K, Suzuki S, Nishiguchi M, Hashida K, Ito H
  • Organizer: 第62回日本植物生理学会年会
• [Presentation] アルミニウム耐性樹木ユーカリが含む加水分解性タンニンの網羅的解析 (2021)
  • Author(s): 田原恒, 鈴木勝一, 西口満, 橋田光, 伊東秀之
  • Organizer: 第132回日本森林学会大会
• [Presentation] ユーカリが含む多様な加水分解性タンニンの同定とアルミニウム無毒化能評価 (2020)
  • Author(s): 田原恒, 鈴木勝一, 西口満, 橋田光, 伊東秀之
  • Organizer: 日本土壌肥料学会2020年度岡山大会
• [Presentation] Evaluation of aluminum-detoxifying abilities of various hydrolyzable tannins identified in Eucalyptus camaldulensis (2020)
  • Author(s): Tahara K, Suzuki S, Nishiguchi M, Hashida K, Ito H
  • Organizer: 第61日本植物生理学会年会
• [Presentation] ユーカリが含む多様な加水分解性タンニンのアルミニウム無毒化能の評価 (2020)
  • Author(s): 田原恒, 鈴木勝一, 西口満, 橋田光, 伊東秀之
  • Organizer: 第131回日本森林学会大会
• [Presentation] アルミニウム耐性樹木ユーカリの没食子酸合成に関わるシキミ酸脱水素酵素の特性解析 (2019)
  • Author(s): 田原恒, 西口満, 宮澤真一, 深山貴文, Mittasch J, Milkowski C
  • Organizer: 日本土壌肥料学会2019年度静岡大会
• [Presentation] 加水分解性タンニンによるユーカリのアルミニウム無毒化機構 (2019)
  • Author(s): 田原恒
  • Organizer: 第2回抽出成分検討会
  • Invited
• [Presentation] Isolation of dehydrogenase genes involved in gallate biosynthesis in Eucalyptus camaldulensis (2019)
  • Author(s): Tahara K, Nishiguchi M, Miyazawa S, Miyama, T, Mittasch J, Milkowski C
  • Organizer: 第60回日本植物生理学会年会
• [Presentation] Eucalyptus camaldulensisの没食子酸合成に関わる脱水素酵素の同定 (2019)
  • Author(s): 田原恒, 西口満, 宮澤真一, 深山貴文, Mittasch J, Milkowski C
  • Organizer: 第130回日本森林学会大会
• [Presentation] Isolation of shikimate dehydrogenase genes involved in gallic acid biosynthesis in Eucalyptus camaldulensis (2018)
  • Author(s): Tahara K, Nishiguchi M, Frolov A, Mittasch J, Milkowski C
  • Organizer: XXIX International Conference on Polyphenols
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] アルミニウム耐性ユーカリの没食子酸合成に関わる酵素遺伝子の単離 (2018)
  • Author(s): 田原恒, 西口満, Frolov A, Mittasch J, Milkowski C
  • Organizer: 日本土壌肥料学会2018年度神奈川大会
• [Presentation] 酸性の荒廃地の緑化を目指して－根のタンニンによるアルミニウムの無毒化－ (2018)
  • Author(s): 田原恒
  • Organizer: 第16回環境研究シンポジウム
• [Remarks] ユーカリの樹体内でアルミニウム無毒化タンニンの材料を合成する酵素を解析
  • URL: http://www.ffpri.affrc.go.jp/research/saizensen/2020/20201223-01.html
• [Remarks] 平成30年版 研究成果選集 2018
  • URL: http://www.ffpri.affrc.go.jp/pubs/seikasenshu/2018/documents/p38-39.pdf
• [Remarks] 平成30年版 環境報告書 2018
  • URL: https://www.ffpri.affrc.go.jp/kankyou/documents/kankyouhoukokusho2018.pdf
• [Remarks] 林業新技術 2018 ―現場への普及に向けて―
  • URL: https://www.ffpri.affrc.go.jp/pubs/shingijutu/documents/shingijutsu2018.pdf