| Project/Area Number |
24K01894
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| Research Category |
Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
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| Allocation Type | Multi-year Fund |
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| Section | 一般 |
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| Review Section |
Basic Section 41050:Environmental agriculture-related
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| Research Institution | Kyoto University |
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Principal Investigator |
杉山 暁史 京都大学, 生存圏研究所, 教授 (20598601)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
安藤 晃規 京都大学, 農学研究科, 助教 (10537765)
島崎 智久 北海道大学, 大学院教育推進機構, 助教 (50948792)
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| Project Period (FY) |
2024-04-01 – 2027-03-31
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| Project Status |
Granted (Fiscal Year 2024)
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| Budget Amount *help |
¥18,590,000 (Direct Cost: ¥14,300,000、Indirect Cost: ¥4,290,000)
Fiscal Year 2026: ¥6,890,000 (Direct Cost: ¥5,300,000、Indirect Cost: ¥1,590,000)
Fiscal Year 2025: ¥7,020,000 (Direct Cost: ¥5,400,000、Indirect Cost: ¥1,620,000)
Fiscal Year 2024: ¥4,680,000 (Direct Cost: ¥3,600,000、Indirect Cost: ¥1,080,000)
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| Keywords | イソフラボン / 根圏 / 嫌気性微生物 / 代謝経路 / メタボローム解析 / 代謝遺伝子 |
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| Outline of Research at the Start |
植物根から影響を受ける根の近傍領域「根圏」では、植物と根圏微生物が密接な関係を構築します。根圏の微生物コミュニティー（根圏微生物叢）の形成に、植物根から分泌される二次代謝産物が重要な役割を担うことが近年示されていますが、根圏微生物の有する植物二次代謝産物分解遺伝子やその中間代謝物が根圏微生物叢の形成や機能発現にどのように影響するのかについての分子メカニズムは不明です。本研究では、植物と複合微生物の代謝ネットワークを実圃場に近い不均一な環境で解析し植物二次代謝産物に対する異なる代謝経路を有する微生物と代謝物を介した根圏微生物叢を形成するメカニズムを分子レベルで明らかにします。
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| Outline of Annual Research Achievements |
植物根から影響を受ける根の近傍領域「根圏」では、植物と根圏微生物が密接な関係を構築する。根圏の微生物コミュニティー（根圏微生物叢）の形成に、植物根から分泌される二次代謝産物が重要な役割を担うことが近年示されているが、根圏微生物の有する植物二次代謝産物分解遺伝子やその中間代謝物が根圏微生物叢の形成や機能発現にどのように影響するのかについての分子メカニズムは不明である。根圏は植物体の外側にある土壌領域であり
、好気的な環境と嫌気的な環境が存在する不均一環境である。本研究では、根圏の代謝ネットワークを環境不均一性の観点から解析し、異なる代謝経路を有する微生物と代謝物を介した根圏微生物叢を形成するメカニズムを分子レベルで明らかにすることを目指している。私たちのグループではVariovox属細菌V35をモデルとしてイソフラボン異化クラスター（isoflavone catabolism gene cluster）を同定し、初発酵素の活性を明らかにした。今年度はイソフラボン代謝遺伝子の更なる解析と、異なる根圏環境での代謝物の詳細な解析に向けたメタボローム解析技術を確立した。イソフラボン代謝経路において、ダイゼイン、ゲニステイン、グリシテインという異なる構造を有する化合物を用いて、一段階目以降の反応を担う酵素の解析に取り組んだ。その中で、新規の代謝物の構造を決定することに成功し、異種発現タンパク質を用いて酵素活性を示した。また、イソフラボンや関連代謝物の分解産物を解析する手法を確立した。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
イソフラボンの分子種多様性から代謝経路の詳細な解析を行い、未解明であったいくつかの反応段階を明らかにすることができた。コマモナス科細菌の中でも分解特異性の異なるAcidovorax属の菌株を用いて、イソフラボン分解経路の初発酵素が特異性に重要であることを見出した。嫌気性の細菌についてはまだ分離できていないが、今年度以降、根圏からの分離と活性測定を行う予定である。根圏メタボローム解析についても新たな分解産物を検出する系が確立できた。これらの成果は日本農芸化学会で複数の演題で発表を行い、全体的には順調に進んでいると考えている。
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| Strategy for Future Research Activity |
イソフラボン異化経路の各ステップの詳細な解析をすすめ、代謝経路の完全な解明を目指す。特に、菌株ごとに分解活性の違いが認められているので、遺伝子の有無や酵素の基質特異性、遺伝子の誘導性の違い等の解析を行う。コマモナス科のVariovorax属、Acidovorax属に加え、複数の細菌科からもイソフラボン分解菌が得られている。これらの菌株を用いて代謝経路の解析やダイズとの相互作用に関する研究を推進する。また、嫌気性のイソフラボン代謝細菌を分離を進め、ゲノム解析やトランスクリプトームに着手する。さらに、公共データベース上のゲノム配列を用いてパンゲノム解析を行う。得られた成果については、論文発表を行う。
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