植物のクマリン特異的プレニル基転移酵素ファミリーの開拓と触媒機能の高次制御

• 研究課題/領域番号: 13J04235
• 研究種目: 特別研究員奨励費
• 配分区分: 補助金
• 応募区分: 国内
• 研究分野: 応用生物化学
• 研究機関: 京都大学
• 研究代表者: 棟方 涼介 京都大学, 農学研究科, 特別研究員(DC1)
• 研究期間 (年度): 2013-04-01 – 2016-03-31
• 研究課題ステータス: 完了 (2015年度)
• 配分額: 3,300千円 (直接経費: 3,300千円); 2015年度: 1,200千円 (直接経費: 1,200千円); 2014年度: 1,000千円 (直接経費: 1,000千円); 2013年度: 1,100千円 (直接経費: 1,100千円)
• キーワード: プレニル基転移酵素 / クマリン / フラノクマリン / アシタバ / グレープフルーツ / パースニップ / イチジク / クマリン類 / フラノクマリン類 / レモン / パセリ

研究実績の概要

これまでの研究で得られていたセリ科アシタバ由来のクマリン基質O-プレニル基転移酵素遺伝子（AkPT1）について、詳細な酵素機能解析を行った。その結果、AkPT1は非常に小さいKm値を有すること、基質特異性が高くクマリンの一部の誘導体のみ基質として認識すること、ならびに広いpHで高い活性を保持することなどを明らかとした。また細胞内局在の解析では、AkPT1のN末端領域がプラスチド移行シグナルとして機能することを示した。さらに、昨年度文部科学省支援事業「植物科学グローバルトップ教育推進プログラム」の支援の下で作製したミカン科グレープフルーツ外果皮のRNA-seqデータを基に、新たにO-PT遺伝子CpPTを見出した。酵素機能解析の結果、CpPT1はグレープフルーツを含め柑橘類で最もメジャーなO-プレニル化クマリン誘導体であるベルガモチンの生成を担うO-PTであることが分かった。今後、AkPT1とCpPTの結果を取りまとめて論文を執筆・投稿する。
上記と並行して、植物の化学防御物質であるアンギュラー型フラノクマリン（FC）の生合成経路の解明についても研究を進めた。セリ科パースニップより得られていたアンギュラー型FC生合成の初発酵素を担うクマリン基質C-PT遺伝子（PsPT）について、詳細な酵素機能解析、発現誘導の解析、系統解析等を行い、一連の研究成果を論文にまとめた。そのほか、クワ科イチジクからもFC生合成の初発反応を担うクマリン基質C-PT遺伝子（FcPT）を新たに取得した。興味深いことに、PsPTとFcPTは同様の酵素機能を有するにもかかわらずアミノ酸配列の相同性が低く、系統解析により、互いに期限が異なる酵素であることが示唆された。今後、FcPTについても一連の結果を取りまとめて論文を執筆・投稿する。

現在までの達成度 (段落)

27年度が最終年度であるため、記入しない。

今後の研究の推進方策

27年度が最終年度であるため、記入しない。

研究成果

• [雑誌論文] Molecular evolution of parsnip membrane-bound prenyltransferases for linear and/or angular furanocoumarin biosynthesis. (2016)
  • 著者名/発表者名: Munakata Ryosuke, Olry Alexandre, Karamat Fazeelat, Courdavault Vincent, Sugiyama Akifumi, Date Yoshiaki, Krieger Celia, Silie Prisca, Foureau Emilien, Papon Nicolas, Grosjean Jeremy, Yazaki Kazufumi, Bourgaud Frederic and Hehn Alain
  • 雑誌名: New Phytologist 巻: 未定 号: 1 ページ: 332-344
  • DOI: 10.1111/nph.13899
  • 査読あり / 国際共著 / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Molecular cloning and characterization of a geranyl diphosphate-specific aromatic prenyltransferase from lemon (2014)
  • 著者名/発表者名: Ryosuke Munakata, Tsuyoshi Inoue, Takao Koeduka, Fazeelat Karamat, Alexandre Olry, Akifumi Sugiyama, Kojiro Takanashi, Audray Dugrand, Yann Froelicher, Ryo Tanaka, Yoshihiro Uto, Hitoshi Hori, Jun-Ichi Azuma, Alain Hehn, Frédéric Bourgaud, and Kazufumi Yazaki
  • 雑誌名: Plant physiology 巻: 166 号: 1 ページ: 80-90
  • DOI: 10.1104/pp.114.246892
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] A coumarin-specific prenyltransferase catalyzes the crucial biosynthetic reaction for furanocoumarin formation in parsley (2014)
  • 著者名/発表者名: Fazeelat Karamat, Alexandre Olry, Ryosuke Munakata, Takao Koeduka, Akifumi Sugiyama, Cedric Paris, Alain Hehn, Fredric Bourgaud, Kazufumi Yazaki
  • 雑誌名: The Plant Journal 巻: 77 号: 4 ページ: 627-638
  • DOI: 10.1111/tpj.12409
  • 査読あり
• [学会発表] 植物二次代謝におけるプレニル化フェノール類研究の進展とこれから (2016)
  • 著者名/発表者名: 棟方 涼介
  • 学会等名: 第4回 植物二次代謝フロンティア研究会例会
  • 発表場所: 花巻
  • 年月日: 2016-03-21
• [学会発表] フラノクマリンのタイプ特異的なパースニップ由来プレニル化酵素遺伝子2 種の機能解析 (2016)
  • 著者名/発表者名: 棟方 涼介、Olry Alexandre、Karamat Fazeelat、Courdavault Vincent、杉山 暁史、伊達 慶明、Krieger Celia、Prisca Silie、Papon Nicolas、Grosjean Jeremy、矢崎 一史、Bourgaud Frederic、Hehn Alain
  • 学会等名: 第57回 日本植物生理学会年会
  • 発表場所: 盛岡
  • 年月日: 2016-03-18
• [学会発表] セリ科植物の芳香族基質 O-プレニル化酵素遺伝子と酵素機能解析 (2015)
  • 著者名/発表者名: 棟方 涼介、Jacob Florence、肥塚 崇男、山本 浩文、杉山 暁史、矢崎 一史
  • 学会等名: 第25回イソプレン研究会例会
  • 発表場所: 仙台
  • 年月日: 2015-09-14
• [学会発表] アシタバ由来の芳香族基質 O-プレニル基転移酵素遺伝子の単離と機能解析 (2015)
  • 著者名/発表者名: 棟方 涼介、Jacob Florence、肥塚 崇男、山本 浩文、杉山 暁史、矢崎 一史
  • 学会等名: 第33回 日本植物細胞分子生物学会
  • 発表場所: 東京
  • 年月日: 2015-08-10
• [学会発表] クマリン代謝の多様化に貢献する膜結合型プレニル基転移酵素の解明 (2015)
  • 著者名/発表者名: 棟方 涼介
  • 学会等名: 第33回 日本植物細胞分子生物学会
  • 発表場所: 東京
  • 年月日: 2015-08-10
• [学会発表] Identification of a membrane-bound prenyltransferase catalyzing C-O bond formation of plant phenolics in Angelica keiskei (2015)
  • 著者名/発表者名: Ryosuke Munakata, Florence Jacob, Takao Koeduka, Akifumi Sugiyama, Kazufumi Yazaki
  • 学会等名: Terpnet 2015
  • 発表場所: Vancouver
  • 年月日: 2015-06-01 – 2015-06-05
• [学会発表] Identification of a membrane-bound prenyltransferase catalyzing C-O bond formation of plant phenolics in Angelica keiskei (2015)
  • 著者名/発表者名: Munakata Ryosuke, Jacob Florence, Koeduka Takao, Sugiyama Akifumi and Yazaki Kazufumi
  • 学会等名: Terpnet2015 meeting
  • 発表場所: Vancouver
  • 年月日: 2015-06-01
  • 国際学会
• [学会発表] Two membrane-bound prenyltransferases direct the synthesis of linear or angular furanocoumarins in parsnip (2015)
  • 著者名/発表者名: Ryosuke Munakata, Fazeelat Karamat, Alexandre Olry, Courdavault Vincent, Akifumi Sugiyama, Yoshiaki Date, Célia Krieger, Nicolas Papon, Emilien Fourreau, Jeremy Grosjean, Kazufumi Yazaki, Frédéric Bourgaud, Alain Hehn
  • 学会等名: 日本農芸化学会2015年度大会
  • 発表場所: 岡山
  • 年月日: 2015-03-28
• [学会発表] A membrane-bound prenyltransferase catalyzes O-prenylation of coumarins in Angelica keiskei (2015)
  • 著者名/発表者名: Ryosuke Munakata, Florence Jacob, Takao Koeduka, Akifumi Sugiyama, Kazufumi Yazaki
  • 学会等名: 第56回 日本植物生理学会年会
  • 発表場所: 東京
  • 年月日: 2015-03-16
• [学会発表] 芳香族基質 O-プレニル化酵素 cDNA の機能解析と分子進化 (2014)
  • 著者名/発表者名: 棟方 涼介、Jacob Florence、肥塚 崇男、杉山 暁史、矢崎 一史
  • 学会等名: 第24回イソプレン研究会例会
  • 発表場所: 岡山
  • 年月日: 2014-09-12
• [学会発表] アシタバからの芳香族基質 O -プレニル化酵素 cDNA の単離と機能解析 (2014)
  • 著者名/発表者名: 棟方 涼介、Jacob Florence、肥塚 崇男、杉山 暁史、矢崎 一史
  • 学会等名: 第32回 日本植物細胞分子生物学会
  • 発表場所: 盛岡
  • 年月日: 2014-08-22
• [学会発表] PcPT, a parsley prenyltransferase, catalyzes the key reaction in furanocoumarin biosynthesis (2014)
  • 著者名/発表者名: Ryosuke Munakata, Karamat Fazeelat, Alexandre Olry, Takao Koeduka, Akifumi Sugiyama, Cedric Paris, Alain Hehn, Frederic Bourgaud, Kazufumi Yazaki
  • 学会等名: 日本農芸化学会東京大会
  • 発表場所: 明治大学生田キャンパス
  • 年月日: 2014-03-29
• [学会発表] cDNA Cloning and Characterization of Prenyltransfeases for Coumarins from Grapefruit (2014)
  • 著者名/発表者名: R. Munakata, A. Olry, M. Mizutani, C. Krieger, F. Karamat, A. Hehn, A. Sugiyama, K. Yazaki, F. Bourgaud
  • 学会等名: 第55回日本植物生理学会年会
  • 発表場所: 富山大学五福キャンパス
  • 年月日: 2014-03-18
• [学会発表] クマリン類の化学構造多様性の鍵となるプレニル基転移酵素ファミリーの解明 (2013)
  • 著者名/発表者名: 棟方 涼介、Karamat Fazeelat、Alexandre Olry、肥塚 崇男、井上 剛史、杉山 暁史、田中 涼、宇都 義浩、堀 均、東 順一、Alain Hehn、Frederic Bourgaud、矢崎 一史
  • 学会等名: 第23回イソプレノイド研究会例会
  • 発表場所: 東京大学農学部中島董一郎記念ホール
  • 年月日: 2013-09-14
• [学会発表] グレープフルーツの芳香族基質O-プレニル基転移酵素のクローニングと機能解析 (2013)
  • 著者名/発表者名: 棟方涼介、Alexandre Olry、水谷正治、Célia Krieger、Fazeelat Karamat、Alain Hehn、杉山暁史、矢崎一史、Frédéric Bourgaud
  • 学会等名: 第31回日本植物細胞分子生物学会
  • 発表場所: 北海道大学高等教育推進機構
  • 年月日: 2013-09-10
• [備考] 森林圏遺伝子統御分野 矢﨑研究室 HP
  • URL: http://www.rish.kyoto-u.ac.jp/lpge/
• [備考] 森林圏遺伝子統御分野 矢崎研究室 HP
  • URL: http://www.rish.kyoto-u.ac.jp/lpge/