フラボノイド生合成遺伝子の発現によるマメ科植物の環境微生物適応機構

• 研究課題/領域番号: 09640782
• 研究種目: 基盤研究(C)
• 配分区分: 補助金
• 応募区分: 一般
• 研究分野: 植物生理
• 研究機関: 日本大学
• 研究代表者: 綾部 真一 日本大学, 生物資源科学部, 教授 (40050679)
• 研究分担者: 青木 俊夫 日本大学, 生物資源科学部, 講師 (80287606)
• 研究期間 (年度): 1997 – 1999
• 研究課題ステータス: 完了 (1999年度)
• 配分額: 2,200千円 (直接経費: 2,200千円); 1999年度: 700千円 (直接経費: 700千円); 1998年度: 600千円 (直接経費: 600千円); 1997年度: 900千円 (直接経費: 900千円)
• キーワード: マメ科植物 / 植物-微生物相互作用 / フラボノイド / ファイトアレキシン / クローニング / シトクロムP450 / Glycyrrhiza echinata / Lotus japonicus / Lotus corniculatus var.japonicus / Cytochrome P450 / Methyltransferase

研究概要

マメ科植物のフラボノイドは5-デオキシ型, イソフラボン構造など特徴的な化学構造を持ち, 病害に対する防御物質や, 根粒細菌との共生窒素固定の化学シグナルとして機能している. これらの構造の構築に関わる酵素遺伝子をクローニングし, 遺伝子発現と環境微生物応答との関連を解析した.
特有のレトロカルコンとイソフラボノイドを含むマメ科カンゾウ(Glycyrrhiza echinata)培養細胞より,フラボノイド生合成系のメチル転移酵素,シトクロムP450などのcDNAをクローニングした.P450は真核異種細胞で過剰発現後触媒機能を検討し3種の酵素を初めて同定した. これらは共生シグナルとして働くフラボンの骨格構築酵素(flavanone 2-hydroxylase), 防御物質ファイトアレキシン合成系のイソフラボン骨格構築酵素(2-hydroxyisoflavanone synthase)とB環水酸化酸素(isoflavone 2'-hydroxylase)である.またアルファルファ共生シグナル合成系のメチル転移酵素と類似の酵素がカンゾウではレトロカルコン生合成に働くことを見出し,共生シグナルの安定性について知見を得た.さらに活性フラボノイド合成の初期のカルコン異性化酵素のアイソザイムを分離した外, ファイトアレキシン中間体の新生合成経路を発見した.
分子遺伝学的研究のマメ科モデル植物ミヤコグサ(Lotus japonicus)よりファイトアレキシンを同定し、生合成酸素遺伝子をクローン化した. またイソフラボノイド防御応答に優れたカンゾウの新培養株を樹立した.エリシターによるこれらの植物中での生合成酵素遺伝子の協調的な発現を確認し,マメ科細胞の防御応答にフラボノイドが本質的な役割を演じていることを明らかにした.ミヤコグサおよび非マメ科植物の形質転換法を開発し,フラボノイド系の酵素cDNAを導入した形質転換植物による環境応答実験系を作製している.

研究成果

• [文献書誌] T.Akashi et al.: "Two new cytochrome P450 cDNAs(Accession Nos.AB001379 and AB001380)from elicitor-induced licorice (Glycyrrhiza echinata L) cells (PGR97-167)"Plant Physiology. 115. 1288 (1997)
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [文献書誌] T.Akashi et al.: "Identification of a cytochrome P450 cDNA encoding (2S)-flavanone 2-hydoroxylase of licorice (Glycyrrhiza echinata L.) which represents licodione synthase and flavone synthase II"FEBS Letters. 431. 287-290 (1998)
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [文献書誌] T.Akashi et al.: "CYP81E1, a cytochrome P450 cDNA of licorice (Glycyrrhiza echinata L.), encodes isoflavone 2'-hydroxylase"Biochemical and Biophysical Research Communications. 251. 67-70 (1998)
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [文献書誌] K.Nakamura et al.: "Induction of isoflavonoid and retrochalcone branches of flavonoid pathway in cultured Glycyrrhiza echinata cells treated with yeast extract"Bioscience, Biotechnology, and Biochemistry. 63. 1618-1620 (1999)
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [文献書誌] T.Akashi et al.: "Cloning and functional expression of a cytochrome P450 cDNA encoding 2-hydroxyisoflavanone synthase involved in biosynthesis of the isoflavonoid skeleton in licorice"Plant Physiology. 121. 821-828 (1999)
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [文献書誌] T.Akashi et al.: "Molecular cloning and biochemical characterization of a novel cytochrome P450, flavone synthase II, that catalyzes direct conversion of flavanones to flavones"Plant and Cell Physiology. 40. 1182-1186 (1999)
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [文献書誌] Akashi, T. et al.: "Two new cytochrome P450 cDNAs (Accession Nos. AB001379 and AB001380) from elicitor-induced licorice (Glycyrrhiza echinata L.) cells (PGR97-167)."Plant Physiology. 115 (3). 1288 (1997)
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [文献書誌] Akashi, T. et al.: "Identification of a cytochrome P450 cDNA encoding (2S)-flavanone 2-hydroxylase of licorice (Glycryrrhiza echinata L.) which represents licodione synthase and flavone synthase II."FEBS Letters. 431 (2). 287-290 (1998)
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [文献書誌] Akashi, T. et al.: "CYP81E1, a cytochrome P450 cDNA of licorice (Glycyrrhiza echinata L.) encodes isoflavone 2'-hydroxylase."Biochemical and Biophysical Research Communications. 251 (1). 67-70 (1998)
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [文献書誌] Nakamura, K. et al.: "Induction of isoflavonoid and retrochalcone branches of flavonoid pathway in cultured Glycyrrhiza echinata cells treated with yeast extract."Bioscience, Biotechnology, and Biochemistry. 63 (9). 1618-1620 (1999)
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [文献書誌] Akashi, T. et al.: "Cloning and functional expression of a cytochrome P450 cDNA encoding 2-hydroxyisoflavanone synthase involved in biosynthesis of the isoflavonoid skeleton in licorice."Plant Physiology. 121 (3). 821-828 (1999)
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [文献書誌] Akashi, T. et al.: "Molecular cloning and biochemical characterization of a novel cytochrome P450, flavone synthase II, that catalyzes direct conversion of flavanones to flavones."Plant and Cell Physiology. 40 (11). 1181-1186 (1999)
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [文献書誌] Nakamura, K. et al.: "Induction of isoflavonoid and retrochalcone branches of flavonoid pathway in cultured Glycyrrhiza echinata cells treated with yeast extract"Bioscience, Biotechnology, and Biochemistry. 63・9. 1618-1620 (1999)
• [文献書誌] Akashi, T. et al.: "Cloning and functional expression of a cytochrome P450 cDNA encoding 2-hydroxyisoflavanone synthase involved in biosynthesis of the isoflavonoid skeleton in licorice"Plant Physiology. 121・3. 821-828 (1999)
• [文献書誌] Akashi, T. et al.: "Molecular cloning and biochemical characterization of a novel cytochrome P450, flavone synthase II, that catalyzes direct conversion of flavanones to flavones"Plant and Cell Physiology. 40・11. 1182-1186 (1999)
• [文献書誌] Akashi,T.et al.: "Identification of a cytochrome P450 cDNA encoding(2S)-flavanone 2-hydroxylase of licorice(Glycyrrhiza echinata L.)which represents licodione synthase and flavone synthase II" FEBS Letters. 431(2). 287-290 (1998)
• [文献書誌] Akashi,T.et al.: "CYP81E1, a cytochrome P450 cDNA of licorice(Glycyrrhiza echinata L.),encodes isoflavone 2'-hydroxylase" Biochemical and Biophysical Research Communications. 251(1). 67-70 (1998)
• [文献書誌] Akashi,T.et al.: "Two new cytochrome P450 cDNAs (Accession Nos.AB001379 and AB001380) from elicitorinduced licorice (Glycyrrhiza echinata L.) cells (PGR 97-167)" Plant Physiology. 115(3). 1288- (1997)