| 研究領域 | 生体反応の集積・予知・創出を基盤としたシステム生物合成科学 |
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| 研究課題/領域番号 |
22H05121
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| 研究種目 |
学術変革領域研究(A)
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| 配分区分 | 補助金 |
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| 審査区分 |
学術変革領域研究区分(Ⅱ)
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| 研究機関 | 静岡県立大学 |
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研究代表者 |
渡辺 賢二 静岡県立大学, 薬学部, 教授 (50360938)
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| 研究分担者 |
岡本 拓実 静岡県立大学, 薬学部, 研究支援員 (90885245)
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| 研究期間 (年度) |
2022-06-16 – 2027-03-31
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| 研究課題ステータス |
交付 (2024年度)
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| 配分額 *注記 |
83,590千円 (直接経費: 64,300千円、間接経費: 19,290千円)
2024年度: 15,730千円 (直接経費: 12,100千円、間接経費: 3,630千円)
2023年度: 15,340千円 (直接経費: 11,800千円、間接経費: 3,540千円)
2022年度: 17,680千円 (直接経費: 13,600千円、間接経費: 4,080千円)
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| キーワード | ソラノエクレピンA / ジャガイモシストセンチュウ孵化誘因物質 / ステロール / 生合成 / 農薬 / 天然物 / 生合成メカニズム / ジャガイモシストセンチュウ / ステロイド / 予知生合成 / 植物 / 孵化誘因物質 |
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| 研究開始時の研究の概要 |
植物由来天然物の生合成遺伝子は微生物のようなクラスター構造とは異なり、植物染色体上に散逸した生合成遺伝子を過不足なく見出す汎用的方法論がないため、天然物生合成遺伝子を如何にして同定するか。また、極めて成功例の少ない植物由来天然物の物質生産を如何にして可能とするのか不明な点が多く存在する。そこで申請者はナス科植物で成長に関与する3種遺伝子の欠損によりモデル植物となったMicro-Tomの突然変異誘導体を利用することで、ソラノエクレピンAの生合成遺伝子を同定し生合成経路を解明する。
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| 研究実績の概要 |
我々はsolanoeclepin Aの化学骨格がステロイド様骨格を有していることに着目し、多くの植物ステロール化合物の出発化合物とされている、2,3-oxidosqualeneから生合成されると予測した。また、2,3- oxidosqualeneは植物において主に、β-amyrin、cycloartenol、lanosterolの3つに生合成されると考えられている。この中でもcycloartenolは有機化学的な実験によって、solanoeclepin A様化合物の合成が報告されている。さらに、Micro-Tomの各組織特異的なRT-PCRによる発現解析の結果、根でcycloartenol synthase（CAS1）がほかの2つの化合物の生合成遺伝子よりも発現していることが判明したため、cycloartenolを経由して生合成されると考えた。そこで、2,3-oxidosqualene、cycloartenolからsolanoeclepin Aまでの生合成経路を作業仮設的に考案した。そこには多くの酸化酵素やメチル基転移酵素などが関与していることが考えられる。これらより、予測した生合成経路に関与していると思われる遺伝子の候補を上げるために、Micro-Tomの各部位特異的なtranscriptome解析を行った。各植物組織から抽出したRNAを次世代シーケンサーに供した結果、そのすべてで2.3 Gb以上の塩基数、Q20のスコアが95以上の良好な結果を得ることができた。このデータを用いて、S. lycopersicumのreference genomeにmappingを行ったところ、すべてのサンプルにおいてmapping率は90％以上を記録した。このデータを基にDEGsを調査したところ、8,562個の遺伝子が各サンプル内において発現変動が起こっていた結果を得ることができた。
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| 現在までの達成度 (区分) |
現在までの達成度 (区分)
1: 当初の計画以上に進展している
理由
これまで難易度の高かったジャガイモシストセンチュウの簡便な孵化活性評価法の確立およびその誘因物質であるソラノエクレピンAの簡便な検出方法の確立に成功した。そこでこれら試験方法を活用し有機合成に頼るのではなく、ソラノエクレピンAの生合成経路や生合成遺伝子を特定し、遺伝子組換え微生物による発酵的生産法を確立しソラノエクレピンAを大量供給し騙し打ち農薬とする一歩を踏み出すに至った。さらに見出された生合成遺伝子を欠損させた変異株をジャガイモシストセンチュウ抵抗性品種として世に出す事が可能となったため。
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| 今後の研究の推進方策 |
ゲノム比較解析の結果を用いて候補遺伝子を見出し、その欠損株を作出する。作出した欠損株を用いて孵化実験を行うことで生合成遺伝子を同定する。また、野生株とsterol-C5-desaturase (STE1/DWARF7, AT3G02580）およびBaeyer-Villiger monooxygenase（CYP85A3）遺伝子欠損株とのtranscriptome比較を行い、発現変動遺伝子を探索する。その後、ゲノム比較解析の結果と組み合わせることによって候補遺伝子を見出す。その際に候補になってくる代表的な遺伝子の機能としては、水酸基の付与や環拡大などに必要な複数の酸化酵素、メチル基を付加することで化合物1の骨格を形成していくメチル基転移酵素になると考えている。
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