発光キノコの発光反応メカニズムの解明

• 研究課題/領域番号: 16K07715
• 研究種目: 基盤研究(C)
• 配分区分: 基金
• 応募区分: 一般
• 研究分野: 生物有機化学
• 研究機関: 中部大学
• 研究代表者: 大場 裕一 中部大学, 応用生物学部, 准教授 (40332704)
• 研究期間 (年度): 2016-04-01 – 2019-03-31
• 研究課題ステータス: 完了 (2018年度)
• 配分額: 4,810千円 (直接経費: 3,700千円、間接経費: 1,110千円); 2018年度: 1,430千円 (直接経費: 1,100千円、間接経費: 330千円); 2017年度: 1,430千円 (直接経費: 1,100千円、間接経費: 330千円); 2016年度: 1,950千円 (直接経費: 1,500千円、間接経費: 450千円)
• キーワード: 生物発光 / キノコ / ルシフェリン / ルシフェラーゼ / 発光キノコ / ルシフェリン酸化物 / 発光反応 / 天然物化学

研究成果の概要

不明であった発光キノコの発光メカニズムの解明を目的に、発光反応産物（ルシフェリン酸化物）の化学構造の解明と、ルシフェラーゼ（発光酵素）の特定を試みた結果、そのどちらも明らかにすることができた。また、ルシフェリン酸化物がカフェ酸を介して再びルシフェリンへとリサイクルされることを発見し、発光キノコが持続的に発光する仕組みを解明することができた。

研究成果の学術的意義や社会的意義

発光キノコの発光メカニズムが明らかになったことで、発光イメージングツールとしての基礎科学への応用可能性が開かれた。同時に発見されたルシフェリン生合成酵素とルシフェリン再生酵素を異種発現（発光しない生物に発光キノコの発光に関連するこれらの遺伝子を導入する）ことで、本来発光しない生物を緑色に発光させることができると考えられる。

研究成果

• [国際共同研究] ロシア科学アカデミー/シベリア連邦大学(ロシア連邦)
• [国際共同研究] サンパウロ大学(ブラジル)
• [国際共同研究] ロシア科学アカデミー/シベリア連邦大学(ロシア連邦)
• [国際共同研究] サンパウロ大学(ブラジル)
• [国際共同研究] ロシア科学アカデミー(ロシア連邦)
• [国際共同研究] サンパウロ大学(ブラジル)
• [雑誌論文] Genetically encodable bioluminescent system from fungi (2018)
  • 著者名/発表者名: Kotlobay, A.A., Sarkisyan, K.S., Oba, Y., Barsova, E., Bogdanova, E.A., Gabaldon, T., Stevani, C.V., Lukyanov, S., Smirnov, I.V., Gitelson, J.I., Kondrashov, F.A., Yampolsky, I.V. et al.
  • 雑誌名: Proceedings of the National Academy of Sciences 巻: 115 号: 50 ページ: 12728-12732
  • DOI: 10.1073/pnas.1803615115
  • 査読あり
• [雑誌論文] Mechanism and color modulation of fungal bioluminescence (2017)
  • 著者名/発表者名: Kaskova, Z., Dorr, F., Petushkov, V., Purtov, K., Tsarkova, A., Rodionova, N., Mineev, K., Guglya, E., Kotlobay, A., Baleeva, N., Baranov, M., Areseniev, A., Gitelson, J., Lukyanov, S., Suzuki, Y., Kanie, S., Pinto, E., Mascio, P. D., Waldenmaier, H., Pereira, T., Carvalho, R., Oliveira, A., Oba, Y., et al.
  • 雑誌名: Science Advances 巻: 3 号: 4
  • DOI: 10.1126/sciadv.1602847
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Identification of hispidin as a bioluminescent active compound and its recycling biosynthesis in the luminous fungal fruiting body (2017)
  • 著者名/発表者名: Yuichi Oba, Yoshiki Suzuki, Gabriel N. R. Martins, Rodrigo P. Carvalho, Tatiana A. Pereira, Hans E. Waldenmaier, Shusei Kanie, Masashi Naito, Anderson G. Oliveira, Felipe A. D, Ernani Pinto, Ilia V. Yampolsky, Cassius V. Stevani
  • 雑誌名: Photochemical & Photobiological Sciences 巻: 16 号: 9 ページ: 1435-1440
  • DOI: 10.1039/c7pp00216e
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Selected least studied but not forgotten bioluminescent systems (2016)
  • 著者名/発表者名: Oba Y, Stevani CV, Oliveira AG, Tsarkova AS, Chepurnykh TV, Yampolsky IV
  • 雑誌名: Photochemistry and Photobiology 巻: 93 号: 2 ページ: 405-415
  • DOI: 10.1111/php.12704
  • 査読あり / 国際共著
• [学会発表] Recycling system of hispidin in luminous mushroom (2018)
  • 著者名/発表者名: Y. Oba, Y. Suzuki, G.N.R. Martin, R.P. Carvalho, T.A. Pereira, H.E. Waldenmaier, S. Kanie, M. Naito A.G. Oliveira, F.A. Dorr, E. Pinto, I.V. Yampolsky, and C.V. Stevani
  • 学会等名: 20th International Symposium on Bioluminescence and Chemiluminescence
  • 国際学会
• [学会発表] 発光生物の科学、最近の話題 (2016)
  • 著者名/発表者名: 大場裕一
  • 学会等名: 化学生態学研究会
  • 発表場所: 函館市湯の川プリンスホテル（北海道・函館市）
  • 招待講演
• [学会発表] Evolution of bioluminescent organisms (2016)
  • 著者名/発表者名: Yuichi Oba
  • 学会等名: International Congress of Zoology
  • 発表場所: 沖縄コンベンションセンター（沖縄県・宜野湾市）
  • 国際学会 / 招待講演
• [図書] 恐竜はホタルを見たか (2016)
  • 著者名/発表者名: 大場裕一
  • 総ページ数: 128
  • 出版者: 岩波書店