リグニン前駆物質の輸送・貯蔵に関わる細胞間ネットワークの解明

• Project/Area Number: 18H03959
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research (A)
• Allocation Type: Single-year Grants
• Section: 一般
• Review Section: Medium-sized Section 40:Forestry and forest products science, applied aquatic science, and related fields
• Research Institution: Nagoya University
• Principal Investigator: 福島 和彦 名古屋大学, 生命農学研究科, 教授 (80222256)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 松下 泰幸 名古屋大学, 生命農学研究科, 准教授 (60335015) ; 青木 弾 名古屋大学, 生命農学研究科, 講師 (80595702)
• Project Period (FY): 2018-04-01 – 2023-03-31
• Project Status: Granted (Fiscal Year 2021)
• Budget Amount: ¥43,290,000 (Direct Cost: ¥33,300,000、Indirect Cost: ¥9,990,000); Fiscal Year 2022: ¥6,110,000 (Direct Cost: ¥4,700,000、Indirect Cost: ¥1,410,000); Fiscal Year 2021: ¥8,190,000 (Direct Cost: ¥6,300,000、Indirect Cost: ¥1,890,000); Fiscal Year 2020: ¥8,710,000 (Direct Cost: ¥6,700,000、Indirect Cost: ¥2,010,000); Fiscal Year 2019: ¥8,970,000 (Direct Cost: ¥6,900,000、Indirect Cost: ¥2,070,000); Fiscal Year 2018: ¥11,310,000 (Direct Cost: ¥8,700,000、Indirect Cost: ¥2,610,000)
• Keywords: リグニン / 前駆物質 / 輸送 / 貯蔵 / 細胞間ネットワーク / TOF-SIMS / 定量分析 / イメージング分析

Outline of Annual Research Achievements

飛行時間型二次イオン質量分析（TOF-SIMS）によって不均一な生体組織あるいは複合材料中における微量成分の定性的な分布評価が可能である。申請者はこれまでに、急速凍結させた試料を連続的に切削することにより、細胞（細胞壁）内にあるがままに存在するあらゆる構成成分の三次元分布を、分子レベルで可視化する複合装置（クライオTOF-SIMS/SEM システム）を世界に先駆けて開発してきた。本研究ではリグニン前駆物質の輸送・貯蔵に関わる細胞間ネットワークの解明を目的とし、凍結した植物試料内での様々な化合物の動態可視化を試みる。
（1）二次木部の各種組織の木化における同種・異種細胞間の相互作用
樹木二次木部ではほとんどの細胞が木化するため、二次壁の木化に必要な多量のリグニン前駆物質が周辺細胞から供給される可能性は低く、液胞内に貯蔵された前駆物質が用いられるか、形成層付近の若い同種細胞から放射組織経由で供給されることが想定される。今年度は測定手法を見直したことで、これまで明らかになていなかった放射組織における特定微量抽出成分の分布を可視化することができた。また植物試料について、前年度までに得られていた実験結果に基づいて試料の育成計画を見直し、かつ、より精度・確度を高めた実験を行うための育成系の検討も行った。
（2）微量成分・高分子量成分を対象とした新規イメージング法の開発
生体試料内には様々な微量有機成分ならびに高分子成分が含まれているが、従来のTOFSIMS法では分析の難しい化合物も多い。そこで従来法では分析困難であった成分を対象とした新規イメージング法の開発に取り組んだ。前年度までにある程度成果の得られていた脂質系高分子の検出について、更なる検討を重ね、よりNativeな状態での可視化手法を見出した。

Current Status of Research Progress

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

Reason

微量であるがゆえに放射組織での検出がこれまで困難であった化合物を検出できたこと、また新規イメージング法の開発に飛躍的な発展があったことから、当初計画以上に進展していると判断した。

Strategy for Future Research Activity

これまでの実験結果により、リグニン前駆体が植物内で周期的な動態を有しており、可視化できる可能性が示された。次年度ではサンプル育成システムの全面改訂のための予備検討結果を参考に、より精度・確度を高めた実験を行う。また新規イメージング法の開発については当課題でこれまでに検討した計算化学的手法をさらに発展させ、異種分析手法のデータを多変量解析に組み込む。

Research Products

• [Int'l Joint Research] Natural Resources Institute Finland(フィンランド)
• [Journal Article] Reactivity of a benzylic lignin-carbohydrate model compound during enzymatic dehydrogenative polymerisation of coniferyl alcohol (2021)
  • Author(s): K. Shimizu, Y. Matsushita, D. Aoki, H. Mitsuda and K. Fukushima
  • Journal Title: Holzforschung Volume: -
  • DOI: 10.1515/hf-2020-0216
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Characterisation of compound middle lamella isolated by a combination of wet-beating, sedimentation, and methanol dialysis (2021)
  • Author(s): Y. Matsushita, T. Fukumura, D. Aoki, and K. Fukushima
  • Journal Title: Holzforschung Volume: -
  • DOI: 10.1515/hf-2020-0208
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Identification of Naturally-Occurring Polyamines as Nematode Meloidogyne incognita Attractants (2020)
  • Author(s): Morihiro Oota, Allen Y.-L. Tsai, Dan Aoki, Yasuyuki Matsushita, Syuuto Toyoda, Kazuhiko Fukushima, Kentaro Saeki, Kei Toda, Laetitia Perfusion-Barbeoch, Bruno Fakery, Hayato Ishikawa*, Shinichiro Sawa*
  • Journal Title: Mol. Plant Volume: 13 Pages: 358-665
  • DOI: 10.1016/j.molp.2019.12.010
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Localization of (+)-Catechin in Picea abies Phloem: Responses to Wounding and Fungal Inoculation (2020)
  • Author(s): T. Jyske, K. Kuroda, S. Keri, A. Pranovich, R. Linnakoski, N. Hayashi, D. Aoki and K. Fukushima
  • Journal Title: Molecules Volume: 25 Pages: 2952-2952
  • DOI: 10.3390/molecules25122952
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Combinations of the Aromatic Rings in β-1 Structure Formation of Lignin Based on Quantitative Analysis by Thioacidolysis (2020)
  • Author(s): Y. Matsushita, S. Yagami, A. Kato, H. Mitsuda, D. Aoki, and K. Fukushima
  • Journal Title: Journal of Agricultural and Food Chemistry Volume: 68 Pages: 9245-9251
  • DOI: 10.1021/acs.jafc.0c03206
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Distribution of Zn and active ingredients in deep penetration treated wood samples as observed by time-of-flight secondary ion mass spectrometry (2020)
  • Author(s): 青木 弾, 岡田 真広, 茂山 知己, 須貝 与志明, 福島 和彦
  • Journal Title: MOKUZAI HOZON (Wood Protection) Volume: 46 Issue: 1 Pages: 30-39
  • DOI: 10.5990/jwpa.46.30
  • NAID: 130007824872
  • ISSN: 0287-9255, 1884-0116
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] 凍結試料のイメージング質量分析 (2019)
  • Author(s): 青木弾、松下泰幸、福島和
  • Journal Title: 化学と生物 Volume: 57 Pages: 743-748
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Microscopic distribution of syringin in freeze-fixed Syringa vulgaris stems (2019)
  • Author(s): D. Aoki, W. Okumura, T. Akita, Y. Matsushita, M. Yoshida, Y. Sano, and K. Fukushima
  • Journal Title: Plant Direct Volume: 3 Pages: 1-8
  • DOI: 10.1002/pld3.155
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Unexpected polymerization mechanism of dilignol in the lignin growing (2019)
  • Author(s): Y. Matsushita, Y. Oyabu, D. Aoki, K. Fukushima
  • Journal Title: Royal Society Open Science Volume: 6 Pages: 190445-190445
  • DOI: 10.1098/rsos.190445
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Evaluation of ring-5 structures of guaiacyl lignin in Ginkgo biloba L. using solid- and liquid-state 13C NMR difference spectroscopy (2019)
  • Author(s): Aoki Dan、Nomura Kenta、Hashiura Masashi、Imamura Yoshinori、Miyata Sonoka、Terashima Noritsugu、Matsushita Yasuyuki、Nishimura Hiroshi、Watanabe Takashi、Katahira Masato、Fukushima Kazuhiko
  • Journal Title: Holzforschung Volume: 73 Pages: 1083-1092
  • DOI: 10.1515/hf-2019-0011
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Difference in enzymatic dehydrogenative polymerization of dilignols using horseradish peroxidase and crude enzyme obtained from Japanese cypress (Chamaecyparis obtusa) (2019)
  • Author(s): Y. Matsushita, D. Baba, D. Aoki, K. Fukushima
  • Journal Title: Journal of Wood Science Volume: 65 Pages: 29-29
  • DOI: 10.1186/s10086-019-1809-1
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Direct mapping of hydrangea blue-complex in sepal tissues of Hydrangea macrophylla (2019)
  • Author(s): T. Ito, D. Aoki, K. Fukushima, K. Yoshida
  • Journal Title: Scientific Reports Volume: 9 Pages: 5450-5450
  • DOI: 10.1038/s41598-019-41968-7
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Presentation] バニリンを出発としたフェノリックポリマーの合成と機能開拓 (2021)
  • Author(s): 柏木学、戸田康介、青木弾、松下泰幸、竹中千里、福島和彦
  • Organizer: 第71回日本木材学会
• [Presentation] 植物細胞壁形成に関わる化合物の貯蔵量および分布の日周期 (2021)
  • Author(s): 高田駿介、青木弾、松下泰幸、吉田正人、竹中千里、福島和彦
  • Organizer: 第71回日本木材学会
• [Presentation] Distribution of berberine and palmatine in freeze-fixed stems of Phellodendron amurense (2021)
  • Author(s): Qinyue Gong, Dan Aoki, Yasuyuki Matsushita, Masato Yoshida, Toru Taniguchi, Keita Endoh, Kazuhiko Fukushima
  • Organizer: 第71回日本木材学会
• [Presentation] Distribution of lignans and lignan mono/di glucosides in freeze-fixed stem of Ginkgo biloba L. by cryo-TOF-SIMS/SEM (2021)
  • Author(s): Min Yu, Takuya Akita, Syunya Fujiyasu, Shunsuke Takada, Dan Aoki, Yasuyuki Matsushita, Masato Yoshida, and Kazuhiko Fukushima
  • Organizer: 第71回日本木材学会
• [Presentation] DIUTHAME/TOF-SIMSによる植物移動性成分の検出と可視化 (2021)
  • Author(s): 藤安隼也、青木弾、松下泰幸、吉田正人、福島和彦、小谷政弘
  • Organizer: 第71回日本木材学会
• [Presentation] 金属支援クライオ二次イオン質量分析法を用いた植物生体分子の高感度イメージング (2021)
  • Author(s): 藤安隼也，青木弾，松下泰幸，吉田正人，福島和彦，山岸松平，重冨顕吾，佐野雄三
  • Organizer: 第71回日本木材学会
• [Presentation] バニリンを出発としたフェノリックポリマーの合成と特性評価 (2020)
  • Author(s): 柏木学、戸田康介、徳川勝洋、青木弾、松下泰幸、三木恒久、関雅子、松尾美幸、福島和彦
  • Organizer: 第87回紙パルプ研究発表会
• [Presentation] モデル化合物を用いた酵素的脱水素重合におけるリグニン炭水化物複合体（LCC）の挙動解析 (2020)
  • Author(s): 清水公暁、松下泰幸、青木弾、福島和彦
  • Organizer: 第87回紙パルプ研究発表会
• [Presentation] リグニンフェノール性末端の選択的同位体標識 (2020)
  • Author(s): 高木杏華、松下泰幸、青木 弾、福島和彦
  • Organizer: 第87回紙パルプ研究発表会
• [Presentation] 樹木の複合細胞間層の単離とそのキャラクタリゼーション (2020)
  • Author(s): 福村太一、松下泰幸、青木弾、福島和彦
  • Organizer: 第87回紙パルプ研究発表会
• [Presentation] マトリクス増感二次イオン質量分析による樹木中のトリグリセリドのイメージング (2020)
  • Author(s): 藤安隼也、前田直樹、青木弾、松下泰幸、吉田正人、福島和彦
  • Organizer: 第87回紙パルプ研究発表会
• [Presentation] 多変量TOF-SIMSデータのケモメトリクス解析による未知メタボローム変数の探索 (2020)
  • Author(s): 池田章浩、青木 弾、松下泰幸、福島和彦
  • Organizer: 2020年度日本木材学会中部支部大会
• [Presentation] 細胞壁形成に関わる化合物の貯蔵量および分布の時間的変動 (2020)
  • Author(s): 高田駿介、青木 弾、松下泰幸、福島和彦
  • Organizer: 2020年度日本木材学会中部支部大会
• [Presentation] モデル化合物を用いた酵素的脱水素重合におけるベンジルエーテル型リグニン炭水化物複合体（LCC）の挙動解析 (2020)
  • Author(s): 清水公暁、松下泰幸、青木弾、福島和彦
  • Organizer: 第65回リグニン討論会
• [Presentation] 同位体標識法によるリグニンフェノール性末端からの伸長反応の解析 (2020)
  • Author(s): 高木杏華、松下泰幸、青木弾、福島和彦
  • Organizer: 第65回リグニン討論会
• [Presentation] イチョウ “Basal Chichi” の構造とprotoxylem (2020)
  • Author(s): 樋口 晴一，吉田 正人，青木 弾，松下 泰幸，福島 和彦
  • Organizer: 第70回日本木材学会
• [Presentation] 酵素的脱水素重合におけるリグニン炭水化物複合体（LCC）の挙動解析 (2020)
  • Author(s): 清水 公暁，松下 泰幸，青木 弾，福島 和彦
  • Organizer: 第70回日本木材学会
• [Presentation] 芳香族アルデヒドを出発としたビニルポリマーの合成と物性評価 (2020)
  • Author(s): 戸田 康介，徳川 勝洋，青木 弾，松下 泰幸，三木 恒久，関 雅子，松尾 美幸，福島 和彦
  • Organizer: 第70回日本木材学会
• [Presentation] 植物細胞壁形成に関わる化合物の日周期 (2020)
  • Author(s): 高田 駿介，青木 弾，松下 泰幸，福島 和彦
  • Organizer: 第70回日本木材学会
• [Presentation] 粘着フィルムを用いた凍結切片作製ならびに貫通孔ポーラスアルミナ薄膜による垂直抽出を利用した植物生体成分の二次イオン質量分析 (2019)
  • Author(s): 藤安隼也、青木弾、松下泰幸、吉田正人、福島和彦、小谷政弘
  • Organizer: 2019年度木材学会中部支部大会
• [Presentation] Conversion of byproduct lignin generated during bioethanol generation from woody biomass into plant growth promotor (2019)
  • Author(s): Q. Liu, T. Kawai, Y. Matsushita, Y Inukai, D. Aoki, K. Fukushima
  • Organizer: The 1st International Lignin Symposium
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Distribution of Monolignol Glucosides in Pinus thunbergii Compression and Opposite woods (2019)
  • Author(s): D. Aoki, N. Maeda, Y. Matsushita, M. Yoshida, K. Fukushima
  • Organizer: The 1st International Lignin Symposium
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Fascinated reaction of dilignol during enzymatic dehydrogenative polymerization -Radical transfer system and new reaction site of β-5 dilignol- (2019)
  • Author(s): Y. Matushita, C. Ko, M. Okayama, D. Baba, Y. Oyabu, D. Aoki, K. Fukushima
  • Organizer: The 20th International Symposium on Wood, Fiber, and Pulping Chemistry
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Microscopic distribution of monolignol glucosides in plants as observed by cryo-time-of-flight secondary ion mass spectrometry (2019)
  • Author(s): D. Aoki, Y. Hanaya, W. Okumura, N. Maeda, T. Akita, Y. Matsushita, M. Yoshida, Y. Sano, K. Kuroda, K. Fukushima
  • Organizer: The 20th International Symposium on Wood, Fiber, and Pulping Chemistry
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] アルカリ蒸解におけるピノレジノール類の挙動 (2019)
  • Author(s): Bill Mangindaan，松下泰幸，青木弾，福島和彦
  • Organizer: 第86回紙パルプ研究発表会
• [Presentation] クロマツあて材におけるモノリグノール類の分布とリグニンの構造に関する研究 (2019)
  • Author(s): 前田直樹、青木弾、松下泰幸、吉田正人、福島和彦
  • Organizer: 第86回紙パルプ研究発表会
• [Presentation] 深浸潤処理木材中における亜鉛化合物および有効成分の浸透・拡散評価 (2019)
  • Author(s): 青木弾, 岡田真広, 茂山知己, 須貝与志明, 福島和彦
  • Organizer: 日本木材保存協会 第35回年次大会
• [Presentation] クロマツあて材におけるモノリグノール類の分布とリグニン構造の相関に関する研究 (2019)
  • Author(s): 前田 直樹，青木 弾，松下 泰幸，吉田 正人，福島 和彦
  • Organizer: 第69回日本木材学会大会
• [Book] ACS Symposium Series “Advances in Plant Phenolics: From Chemistry to Human Health” (2018)
  • Author(s): D. Aoki, Y. Matsushita, and K. Fukushima
  • Total Pages: 437
  • Publisher: American Chemical Society
  • ISBN: 9780841232969
• [Remarks] 名古屋大学森林化学研究室
  • URL: http://forestchem.sakura.ne.jp/
• [Remarks] 名古屋大学 森林化学研究室
  • URL: http://forestchem.sakura.ne.jp/