化学プローブを活用した木質形成の動的イメージング解析法の開発と応用

• 研究課題/領域番号: 16H06198
• 研究種目: 若手研究(A)
• 配分区分: 補助金
• 研究分野: 木質科学
• 研究機関: 京都大学
• 研究代表者: 飛松 裕基 京都大学, 生存圏研究所, 准教授 (20734221)
• 研究期間 (年度): 2016-04-01 – 2020-03-31
• 研究課題ステータス: 完了 (2019年度)
• 配分額: 24,570千円 (直接経費: 18,900千円、間接経費: 5,670千円); 2019年度: 2,600千円 (直接経費: 2,000千円、間接経費: 600千円); 2018年度: 2,470千円 (直接経費: 1,900千円、間接経費: 570千円); 2017年度: 2,860千円 (直接経費: 2,200千円、間接経費: 660千円); 2016年度: 16,640千円 (直接経費: 12,800千円、間接経費: 3,840千円)
• キーワード: リグニン / 植物細胞壁 / 木質バイオマス / 生体イメージング / 蛍光プローブ / クリックケミストリー / バイオマス / 蛍光イメージング / 細胞壁

研究成果の概要

本研究は、木質バイオマスの利用拡大に向けた基盤研究として、木質細胞壁の形成や利用に関わる種々の研究に適用可能な植物細胞壁のイメージングツールの開発と応用を行った。木質の形成過程、特に細胞壁に芳香族高分子リグニンが沈着する過程を簡便かつ高感度に検出する独自の合成化学プローブを活用して、様々な植物組織における木質形成過程のイメージング解析を国内外の共同研究者とともに行った。得られたイメージング解析データに基づき、各植物種・組織特異的な木質細胞壁形成のダイナミクスに関わる新知見を得た。

研究成果の学術的意義や社会的意義

本研究では、従来困難であった木質細胞壁形成の簡便かつ高感度なイメージング解析を可能とする新手法を開発し、それを活用して木質形成の分子機構に関わる様々な新知見を得た。これらは、陸上植物の進化や環境適応と密接に関わる植物細胞壁の構造・形成・機能の理解に大きく寄与するとともに、持続型社会構築を担う木質バイオマス利用の促進のための基盤構築に貢献する成果である。

研究成果

• [国際共同研究] ウィスコンシン大学/オクラホマ大学(米国)
• [国際共同研究] 高麗大学校(韓国)
• [国際共同研究] ウィスコンシン大学(米国)
• [国際共同研究] University of Wisconsin-Madison(米国)
• [国際共同研究] University of Wisconsin-Madison(米国)
• [雑誌論文] Double knockout of OsWRKY36 and OsWRKY102 boosts lignification with altering culm morphology of rice. (2020)
  • 著者名/発表者名: Takuji Miyamoto, Rie Takada, Yuki Tobimatsu, Shiro Suzuki, Masaomi Yamamura, Keishi Osakabe, Yuriko Osakabe, Masahiro Sakamoto, Toshiaki Umezawa
  • 雑誌名: Plant Science 巻: in press ページ: 110466-110466
  • DOI: 10.1016/j.plantsci.2020.110466
  • 査読あり
• [雑誌論文] Convergent recruitment of 5´‐hydroxylase activities by CYP75B flavonoid B‐ring hydroxylases for tricin biosynthesis in Medicago legumes (2020)
  • 著者名/発表者名: Andy CW Lui, Pui Ying Lam, Chan Kwun-Ho, Lanxiang Wang, Yuki Tobimatsu, Clive Lo
  • 雑誌名: New Phytologist 巻: in press 号: 1 ページ: 269-284
  • DOI: 10.1111/nph.16498
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Fiber‐specific regulation of lignin biosynthesis improves biomass quality in Populus (2020)
  • 著者名/発表者名: Jinshan Gui, Pui Ying Lam, Yuki Tobimatsu, Jiayan Sun, Cheng Huang, Shumin Cao, Yu Zhong, Toshiaki Umezawa, Laigeng Li
  • 雑誌名: New Phytologist 巻: 226 号: 4 ページ: 1074-1087
  • DOI: 10.1111/nph.16411
  • NAID: 120006898061
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Lignin-inspired surface modification of nanocellulose by enzyme-catalyzed radical coupling of coniferyl alcohol in Pickering emulsion (2020)
  • 著者名/発表者名: Kyohei Kanomata, Naoya Fukuda, Takuma Miyata, Pui Ying Lam, Toshiyuki Takano, Yuki Tobimatsu, Takuya Kitaoka
  • 雑誌名: ACS Sustainable Chemistry & Engineering 巻: 8 号: 2 ページ: 1185-1194
  • DOI: 10.1021/acssuschemeng.9b06291
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Altered lignocellulose chemical structure and molecular assembly in CINNAMYL ALCOHOL DEHYDROGENASE-deficient rice (2019)
  • 著者名/発表者名: Martin, A.F., Tobimatsu, Y., Kusumi, R., Matsumoto, N., Miyamoto, T., Lam, P.Y., Yamamura, M., Koshiba, T., Sakamoto, M., Umezawa, T.
  • 雑誌名: Science Reports 巻: 9 号: 1 ページ: 17153-17153
  • DOI: 10.1038/s41598-019-53156-8
  • NAID: 120006893975
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Lignin‐based barrier restricts pathogens to the infection site and confers resistance in plants (2019)
  • 著者名/発表者名: Myoung‐Hoon Lee, Hwi Seong Jeon, Seu Ha Kim, Joo Hee Chung, Daniele Roppolo, Hye‐Jung Lee, Hong Joo Cho, Yuki Tobimatsu, John Ralph & Ohkmae K Park
  • 雑誌名: The EMBO Journal 巻: - 号: 23
  • DOI: 10.15252/embj.2019101948
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] OsCAldOMT1 is a bifunctional O-methyltransferase involved in the biosynthesis of tricin-lignins in rice cell walls (2019)
  • 著者名/発表者名: Pui Ying Lam, Yuki Tobimatsu, Naoyuki Matsumoto, Shiro Suzuki, Wu Lan, Yuri Takeda, Masaomi Yamamura, Masahiro Sakamoto, John Ralph, Clive Lo & Toshiaki Umezawa
  • 雑誌名: Scientific Reports 巻: 9 号: 1 ページ: 11597-11597
  • DOI: 10.1038/s41598-019-47957-0
  • NAID: 120006822515
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Recruitment of specific flavonoid B-ring hydroxylases for two independent biosynthesis pathways of flavone-derived metabolites in grasses (2019)
  • 著者名/発表者名: Pui Ying Lam, Andy Lui, Masaomi Yamamura, Lanxiang Wang, Yuri Takeda, Shiro Suzuki, Hongjia Liu, Fu-Yuan Zhu, Mo-Xian Chen, Jian-Hua Zhang, Toshiaki Umezawa, Yuki Tobimatsu, Clive Lo
  • 雑誌名: New Phytologist 巻: 印刷中 号: 1 ページ: 2014-2019
  • DOI: 10.1111/nph.15795
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Lignin polymerization: how do plants manage the chemistry so well? (2019)
  • 著者名/発表者名: Tobimatsu Yuki、Schuetz Mathias
  • 雑誌名: Current Opinion in Biotechnology 巻: 56 ページ: 75-81
  • DOI: 10.1016/j.copbio.2018.10.001
  • NAID: 120006534615
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] OsMYB108 loss-of-function enriches p-coumaroylated and tricin lignin units in rice cell walls (2019)
  • 著者名/発表者名: Takuji Miyamoto, Rie Takada, Yuki Tobimatsu, Yuli Takeda, Shiro Suzuki, Masaomi Yamamura, Keishi Osakabe, Yuriko Osakabe, Masahiro Sakamoto, Toshiaki Umezawa
  • 雑誌名: Plant Journal 巻: 印刷中 号: 6 ページ: 975-987
  • DOI: 10.1111/tpj.14290
  • 査読あり
• [雑誌論文] The Structural Integrity of Lignin Is Crucial for Resistance against Striga hermonthica Parasitism in Rice (2019)
  • 著者名/発表者名: Mutuku J. Musembi、Cui Songkui、Hori Chiaki、Takeda Yuri、Tobimatsu Yuki、Nakabayashi Ryo、Mori Tetsuya、Saito Kazuki、Demura Taku、Umezawa Toshiaki、Yoshida Satoko、Shirasu Ken
  • 雑誌名: Plant Physiology 巻: 179 号: 4 ページ: 1796-1809
  • DOI: 10.1104/pp.18.01133
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Comparative evaluations of lignocellulose reactivity and usability in transgenic rice plants with altered lignin composition (2019)
  • 著者名/発表者名: Takeda Yuri、Tobimatsu Yuki、Yamamura Masaomi、Takano Toshiyuki、Sakamoto Masahiro、Umezawa Toshiaki
  • 雑誌名: Journal of Wood Science 巻: 65 号: 1 ページ: 6-6
  • DOI: 10.1186/s10086-019-1784-6
  • NAID: 120006559417
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Lignin characterization of rice CONIFERALDEHYDE 5‐HYDROXYLASE loss‐of‐function mutants generated with the CRISPR/Cas9 system. (2019)
  • 著者名/発表者名: Yuri Takeda, Shiro Suzuki, Yuki Tobimatsu, Keishi Osakabe, Yuriko Osakabe, Safendrri Komara Ragamustari, Masahiro Sakamoto, Toshiaki Umezawa
  • 雑誌名: Plant Journal 巻: 97 号: 3 ページ: 543-554
  • DOI: 10.1111/tpj.14141
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] リグニンの構造多様性とバイオマス利用に 向けた代謝工学 (2019)
  • 著者名/発表者名: 飛松裕基
  • 雑誌名: 月刊バイオインダストリー 巻: in press
• [雑誌論文] Downregulation of p‐COUMAROYL ESTER 3‐HYDROXYLASE in rice leads to altered cell wall structures and improves biomass saccharification (2018)
  • 著者名/発表者名: Yuri Takeda, Yuki Tobimatsu,Steven D. Karlen, Taichi Koshiba, Shiro Suzuki,Masaomi Yamamura, Shinya Murakami, Mai Mukai, Takefumi Hattori, Keishi Osakabe, John Ralph, Masahiro Sakamoto, Toshiaki Umezawa
  • 雑誌名: Plant Journal 巻: 95 号: 5 ページ: 796-811
  • DOI: 10.1111/tpj.13988
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] NMR studies on lignocellulose deconstructions in the digestive system of the lower termite Coptotermes formosanus Shiraki (2018)
  • 著者名/発表者名: Tarmadi D, Tobimatsu Y, Yamamura M, Miyamoto T, Miyagawa Y, Umezawa T, Yoshimura T.
  • 雑誌名: Scientific Reports 巻: 8 号: 1 ページ: 1290-1290
  • DOI: 10.1038/s41598-018-19562-0
  • NAID: 120006502583
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Host lignin composition affects haustorium induction in the parasitic plants Phtheirospermum japonicum and Striga hermonthica (2018)
  • 著者名/発表者名: Cui S, Wada S, Tobimatsu Y, Takeda Y, Saucet S, Takano T, Umezawa T, Shirasu K, Yoshida S
  • 雑誌名: New Phytologist 巻: 218 号: 2 ページ: 710-723
  • DOI: 10.1111/nph.15033
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Disrupting Flavone Synthase II alters lignin and improves biomass digestibility (2017)
  • 著者名/発表者名: Lam PY, Tobimatsu Y, Takeda Y, Suzuki S, Yamamura M, Umezawa T, Lo C
  • 雑誌名: Plant Physiology 巻: 印刷中 号: 2 ページ: 972-985
  • DOI: 10.1104/pp.16.01973
  • NAID: 120007189283
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] 植物と人を支える細胞壁の科学 (2017)
  • 著者名/発表者名: 飛松裕基
  • 雑誌名: 生存圏研究 巻: 13 ページ: 10-18
  • NAID: 120006496867
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] A ‘‘Double Click’’ for Illuminating Plant Cell Walls (2017)
  • 著者名/発表者名: Yuki Tobimatsu
  • 雑誌名: Cell Chemical Biology 巻: 24 号: 3 ページ: 246-247
  • DOI: 10.1016/j.chembiol.2017.03.007
  • NAID: 120007189284
  • 謝辞記載あり
• [学会発表] Bioimaging of fluorophore-tagged monolignols reveals lignification in the parasitic plant organ haustorium (2020)
  • 著者名/発表者名: Cui Songkui, Yuri Takeda, Yuki Tobimatsu, Satoko Yoshida
  • 学会等名: 第61回日本植物生理学会年会
• [学会発表] ヒノキ圧縮あて材における G および H リグニンの 沈着に関わるラッカーゼ（CoLac1 と CoLac3） (2020)
  • 著者名/発表者名: 平出秀人、飛松裕基、福島和彦、松下泰幸、小林優、吉永新、髙部圭司
  • 学会等名: 第70回日本木材学会大会
• [学会発表] 樹木の木化に学ぶ Pickering エマルションを用いた ナノセルロースの表面修飾 (2020)
  • 著者名/発表者名: 福田直弥、鹿又喬平、宮田拓摩、Pui Ying Lam、高野俊幸、飛松裕基、北岡卓也
  • 学会等名: 第70回日本木材学会大会
• [学会発表] イネ科バイオマスを特徴付けるリグニンの構造多様性とその形成制御 (2020)
  • 著者名/発表者名: 飛松裕基
  • 学会等名: 岡山大学資源植物科学研究所 第3回作物イノベーション研究セミナー・植物機能性成分研究の最前線
  • 招待講演
• [学会発表] A laccase oxidizes p-coumaryl alcohol in the compression wood cell walls of Japanese cypress (2019)
  • 著者名/発表者名: Hideto Hiraide, Yuki Tobimatsu, Yasuyuki Matsushita, Kazuhiko Fukushima, Masaru Kobayashi, Arata Yoshinaga, Keiji Takabe
  • 学会等名: 1st International Lignin Symposium
  • 国際学会
• [学会発表] 植物細胞壁の形成と制御 -持続可能なバイオ燃料・有用化成品の生産に向けて- (2019)
  • 著者名/発表者名: 飛松裕基
  • 学会等名: 第33回京都大学宇治キャンパス産学交流会
  • 招待講演
• [学会発表] ヒノキ圧縮あて材分化中木部においてラッカーゼのp-クマリルアルコール酸化重合活性を可視化する (2019)
  • 著者名/発表者名: 平出秀人，飛松裕基，吉永新，髙部圭司
  • 学会等名: 第69回日本木材学会大会
• [学会発表] 代謝工学で探るセルロース系多糖とリグニンの微妙な関係：リグニン改変組換え植物におけるリグノセルロース特性の変化について (2019)
  • 著者名/発表者名: 飛松裕基
  • 学会等名: セルロース学会北海道・東北支部セミナー：何が問題、セルロース
  • 招待講演
• [学会発表] 代謝工学で探る細胞壁超分子構造に及ぼすリグニンの寄与 (2019)
  • 著者名/発表者名: 飛松裕基
  • 学会等名: 第3回動的木材化学懇談会
  • 招待講演
• [学会発表] ヒノキ圧縮あて材細胞壁においてラッカーゼの p-クマリルアルコール取込み能力を可視化する (2019)
  • 著者名/発表者名: 平出秀人、飛松裕基、吉永新、高部圭司
  • 学会等名: 第63回リグニン討論会
• [学会発表] 蛍光プローブによるポプラ培養細胞の管状要素誘導系におけるリグニン沈着の可視化 (2018)
  • 著者名/発表者名: 吉田裕子，山岸祐介，飛松裕基，梅澤俊明，半 智史，船田 良
  • 学会等名: 第68回日本木材学会大会
• [学会発表] 自然に学ぶ木質の新デザイン:リグニンの多様性と可変性 (2017)
  • 著者名/発表者名: 飛松裕基
  • 学会等名: 第10回木質科学シンポジウム
  • 招待講演
• [学会発表] Plant Cell Wall Structure and Chemistry (2017)
  • 著者名/発表者名: Yuki Tobimatsu
  • 学会等名: Humanosphere Science School 2017
  • 招待講演
• [学会発表] Secondary Cell Wall Formation and Lignification: Diversity, Flexibility, and Scope for Improvement (2017)
  • 著者名/発表者名: Yuki Tobimatsu
  • 学会等名: SATREPS Capacity Developmental Seminar
  • 招待講演
• [学会発表] 組換え植物で探るリグニン化学構造の進化的変化の意味とバイオマス利用へのインパクト (2017)
  • 著者名/発表者名: 飛松裕基
  • 学会等名: 第2回動的木材化学懇談会
  • 招待講演
• [学会発表] 細胞壁リグニンの多様性とバイオマス利用に向けた構造改変 (2017)
  • 著者名/発表者名: 飛松裕基
  • 学会等名: 第1回生物資源・次世代農業セミナー「循環型炭素資源ー植物 細胞壁の研究」
  • 招待講演
• [学会発表] Plant Cell Wall Lignification: Diversity, Flexibility, and Scope for Improvement (2016)
  • 著者名/発表者名: Yuki Tobimatsu
  • 学会等名: The Hong Kong University Plant Evolution & Adaptation Workshop 2016 INTEGRATIVE PLANT BIOLOGY
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] 植物と人を“支える”細胞壁の科学 (2016)
  • 著者名/発表者名: 飛松裕基
  • 学会等名: 第13回生存圏研究所公開講演
  • 招待講演
• [図書] リグニン利活用のための最新技術動向 (2020)
  • 著者名/発表者名: 飛松裕基
  • 出版者: シーエムシー出版
  • ISBN: 9784781314945
• [図書] 食品・バイオにおける最新の酵素応用 (2019)
  • 著者名/発表者名: 飛松裕基
  • 出版者: シーエムシー出版
  • ISBN: 9784781314266
• [図書] 月刊 アグリバイオ 2019年6月号 (2019)
  • 著者名/発表者名: 飛松裕基, Pui Ying Lam, 梅澤俊明, Clive Lo
  • 出版者: 北隆館
• [図書] Lignin: Biosynthesis, Functions, and Economic Significance (2019)
  • 著者名/発表者名: Yuki Tobimatsu, Toshiyuki Takano, Toshiaki Umezawa, and John Ralph
  • 出版者: Nova Science Publishers Inc.
  • ISBN: 9781536147698
• [備考] マンガ 生存圏って何?? 「植物細胞壁ってナニ」（原作：飛松裕基 作画：田中翔斗）
  • URL: http://www.rish.kyoto-u.ac.jp/logos/wp-content/uploads/2015/11/Manga_020_No.18_Cell_wall_ja.pdf