立木加害性の木材腐朽菌による木材分解機構の解明

• 研究課題/領域番号: 16K18727
• 研究種目: 若手研究(B)
• 配分区分: 基金
• 研究分野: 木質科学
• 研究機関: 北海道大学
• 研究代表者: 堀 千明 北海道大学, 工学研究院, 助教 (50722948)
• 研究協力者: 佐野 雄三 ; 飛松 裕基
• 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: 3,900千円 (直接経費: 3,000千円、間接経費: 900千円); 2018年度: 910千円 (直接経費: 700千円、間接経費: 210千円); 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: 1,560千円 (直接経費: 1,200千円、間接経費: 360千円)
• キーワード: 木材腐朽菌 / ベッコウタケ / 樹木病理 / ゲノム解析 / 木材腐朽 / 立木加害 / 植物 / バイオマス / 植物バイオマス / 腐朽菌 / 微生物

研究成果の概要

本研究では、木材腐朽菌の中でも未解明な立木加害性の白色腐朽菌ベッコウタケに着目して、多面的なオミクス解析手法により本菌の植物分解機構を初めて明らかにすることを目的とした。本研究において、立木加害性の白色腐朽菌ベッコウタケのゲノム情報を初めて解読することから、比較ゲノム解析およびプロテオーム解析を行った。その結果、特徴的な植物バイオマス分解酵素群や樹木防御物質分解のための酵素が同定できた。これらのことから、ベッコウタケの樹木を分解する分子メカニズムの一端を明らかにすることができ、この知見は、植物バイオマス分解利用や樹木保護に役立つものと考えられた。

研究成果の学術的意義や社会的意義

ベッコウタケは北海道大学構内をはじめ日本中で倒木被害を引き起こしており、倒木による物損事故などが社会的に大きく取り上げられている。しかしながら予防策はなく、被害が確認できてから伐採するなど対処療法が行われているが、子実体に気づきにくいなど問題点が多い。そこで本研究では予防法に至る知見を得るため、ベッコウタケ菌の特徴的な植物バイオマス分解機構や樹木が生産する防御物質の分解メカニズムを明らかにした。この知見は、樹木保護や植物バイオマス分解利用に将来的に役立つ可能性があると考えられる。

研究成果

• [国際共同研究] Forest Products Laboratory(米国)
• [国際共同研究] USDA-FPL(米国)
• [国際共同研究] 米国農務省林産研究所(米国)
• [雑誌論文] High-cell density culture of poly(lactate-co-3-hydroxybutyrate)-producing Escherichia coli by using glucose/xylose-switching fed-batch jar fermentation. (2019)
  • 著者名/発表者名: Hori C, Yamazaki T, Ribordy G, Takisawa K, Matsumoto K, Ooi T, Zinn M, Taguchi S.
  • 雑誌名: J. Biosci. Bioeng. 巻: 印刷中 号: 6 ページ: 721-725
  • DOI: 10.1016/j.jbiosc.2018.11.006
  • NAID: 40021920356
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Ribulose-1,5-bisphosphate carboxylase/oxidase (RuBisCO)-mediated de novo synthesis of glycolate-based polyhydroxyalkanoate in Escherichia coli. (2019)
  • 著者名/発表者名: Matsumoto K, Saito J, Yokoo T, Hori C, Nagata A, Kudoh Y, Ooi T, Taguchi S.
  • 雑誌名: J. Biosci. Bioeng. 巻: 印刷中 号: 3 ページ: 302-306
  • DOI: 10.1016/j.jbiosc.2019.03.002
  • 査読あり
• [雑誌論文] Genomes of neutrophilic sulfur-oxidizing chemolithoautotrophs representing 9 proteobacterial species from 8 genera. (2019)
  • 著者名/発表者名: Watanabe T, Kojima H, Umezawa K, Hori C, Takasuka T, Kato Y, Fukui M.
  • 雑誌名: Frontiers in Microbiol. 巻: 印刷中
  • DOI: 10.3389/fmicb.2019.00316
  • 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] Multi-omic analyses of extensively decayed Pinus contorta reveal expression of diverse array of lignocellulose degrading enzymes. (2018)
  • 著者名/発表者名: Hori C, Gaskell J, Cullen D, Sabat G, Stewart PE, Lail K, Peng Y, Barry K, Grigoriev IV, Kohler A, Fauchery L, Martin F, Zeiner CA, Bhatnagar JM.
  • 雑誌名: Appl. Environ. Microbiol. 巻: 84 号: 20
  • DOI: 10.1128/aem.01133-18
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Protein components of water extracts from fruiting bodies of the reishi mushroom Ganoderma lucidum contribute to the production of functional molecules (2018)
  • 著者名/発表者名: Kumakura Kei、Hori Chiaki、Matsuoka Hiroki、Igarashi Kiyohiko、Samejima Masahiro
  • 雑誌名: Journal of the Science of Food and Agriculture 巻: 99 号: 2 ページ: 529-535
  • DOI: 10.1002/jsfa.9211
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Secretome analysis of the basidiomycete Phanerochaete chrysosporium grown on ammonia-treated lignocellulosic biomass from birch wood. (2018)
  • 著者名/発表者名: Sakuragi S, Hori C, Igarashi K, Samejima M.
  • 雑誌名: J. Wood Sci. 巻: 64 号: 6 ページ: 845-853
  • DOI: 10.1007/s10086-018-1770-4
  • NAID: 40021752969
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] In Vitro Analysis of d-Lactyl-CoA-Polymerizing Polyhydroxyalkanoate Synthase in Polylactate and Poly(lactate-co-3-hydroxybutyrate) Syntheses (2018)
  • 著者名/発表者名: Ken’ichiro Matsumoto, Midori Iijima, Chiaki Hori, Camila Utsunomia, Toshihiko Ooi, and Seiichi Taguchi
  • 雑誌名: Biomacromolecules 巻: 19 号: 7 ページ: 28892895-28892895
  • DOI: 10.1021/acs.biomac.8b00454
  • 査読あり
• [雑誌論文] Site-directed saturation mutagenesis of polyhydroxylalkanoate synthase for efficient microbial production of poly[(R)-2-hydroxybutyrate] (2018)
  • 著者名/発表者名: Hori C, Oishi K, Matsumoto K, Taguchi S, Ooi T.
  • 雑誌名: J Biosci Bioeng. 巻: 印刷中 号: 6 ページ: 632-636
  • DOI: 10.1016/j.jbiosc.2017.11.013
  • NAID: 210000005688
  • 査読あり
• [雑誌論文] Dynamic changes of intracellular monomer levels regulate block sequence of polyhydroxyalkanoates in engineered Escherichia coli. (2018)
  • 著者名/発表者名: Matsumoto K, Hori C, Fujii R, Takaya M, Ooba T, Ooi T, IsonoT, Satoh T, Taguchi S.
  • 雑誌名: Biomacromolecules 巻: 19 号: 2 ページ: 662-671
  • DOI: 10.1021/acs.biomac.7b01768
  • 査読あり
• [雑誌論文] ベッコウタケ接種に対する生立木樹幹二次木部の反応 (2018)
  • 著者名/発表者名: 上田幹朗、堀 千明、玉井裕、山岸祐介, 宮本敏澄, 佐野雄三
  • 雑誌名: 木材学会誌 巻: 64 号: 1 ページ: 1-9
  • DOI: 10.2488/jwrs.64.1
  • NAID: 130006321460
  • ISSN: 0021-4795, 1880-7577
  • 査読あり
• [雑誌論文] Synthesis of lactate (LA)-based poly(ester-urethane) using hydroxyl-terminated LA-based oligomers from a microbial secretion system. (2017)
  • 著者名/発表者名: Utsunomia, C., Saito, T., Matsumoto, K., Hori, C., Isono, T., Satoh, T., Taguchi, S.
  • 雑誌名: J. Polym. Res. 巻: 24 号: 10 ページ: 167-172
  • DOI: 10.1007/s10965-017-1325-1
  • 査読あり
• [雑誌論文] Investigation of the Escherichia coli membrane transporters involved in the secretion of D-lactate-based oligomers by loss-of-function screening (2017)
  • 著者名/発表者名: Utsunomia, C., Hori, C., Matsumoto, K., Taguchi, S.
  • 雑誌名: J Biosci Bioeng. 巻: 124 号: 6 ページ: 635-640
  • DOI: 10.1016/j.jbiosc.2017.06.018
  • NAID: 40021420068
  • 査読あり
• [雑誌論文] Microbial secretion of lactate-enriched oligomers for efficient conversion into lactide: A biological shortcut to polylactide (2017)
  • 著者名/発表者名: Utsunomia, C., Matsumoto, K., Date, S., Hori, C., Taguchi, S.
  • 雑誌名: J Biosci Bioeng. 巻: 124 号: 2 ページ: 204-208
  • DOI: 10.1016/j.jbiosc.2017.03.002
  • NAID: 40021295260
  • 査読あり
• [雑誌論文] A protease/peptidase from culture medium of Flammulina velutipes that acts on arabinogalactan-protein (2017)
  • 著者名/発表者名: Yoshimi, Y., Sugawara, Y., Hori, C., Igarashi, K., Kaneko, S., Tsumuraya, Y., and Kotake, T.
  • 雑誌名: Biosci. Biotechnol. Biochem. 巻: 81 号: 3 ページ: 475-481
  • DOI: 10.1080/09168451.2016.1258985
  • 査読あり
• [雑誌論文] Heterologous overexpression of poplar SnRK2 genes enhanced salt stress tolerance in Arabidopsis thaliana. (2016)
  • 著者名/発表者名: Song X., Yu X., Hori C., Demura T., Ohtani M., Zhuge Q
  • 雑誌名: Frontiers in Plant Science 巻: 7 ページ: 612-612
  • DOI: 10.3389/fpls.2016.00612
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [学会発表] マルチメタオミクス解析によって明らかになった自然環境下での木材分解の多様性 (2019)
  • 著者名/発表者名: 堀千明、ジル・ガスケル、ダニエル・カレン、大井俊彦、松本謙一郎
  • 学会等名: 日本農芸化学会2019大会
• [学会発表] 腐朽された樹木のメタ・オミクス解析 ～環境下で腐朽を担う微生物群と酵素群が明らかに～ (2019)
  • 著者名/発表者名: 堀千明、大井俊彦、松本謙一郎、ジル・ガスケル、ダニエル・カレン
  • 学会等名: 第69回日本木材学会大会
• [学会発表] 針葉樹分解性白色腐朽菌Phlebiopsis giganteaにおける抽出成分の分解性解析 (2019)
  • 著者名/発表者名: 岩田茉奈、堀千明、大井俊彦、松本謙一郎、佐野雄三
  • 学会等名: 第69回日本木材学会大会
• [学会発表] ハリエンジュが生産する生体防御物質に対する立木加害性木材腐朽菌ベッコウタケの応答 (2019)
  • 著者名/発表者名: 松本壘、堀千明、大井俊彦、松本謙一郎、宮本敏澄、重富顕吾、佐野雄三
  • 学会等名: 第69回日本木材学会大会
• [学会発表] 木材腐朽菌ベッコウタケと宿主木ハリエンジュの相互作用解析 (2018)
  • 著者名/発表者名: 松本壘、堀千明、宮本敏澄、重富顕吾、佐野雄三、大井俊彦、松本謙一郎
  • 学会等名: 日本生物工学会北日本支部札幌シンポジウム
• [学会発表] 組換え大腸菌による乳酸ベースオリゴマーの分泌生産と高分子合成への応用 (2018)
  • 著者名/発表者名: 松本謙一郎、ウツノミアカミラ、堀千明、田口精一
  • 学会等名: 2018年度日本農芸化学会大会
• [学会発表] 森林害虫共生微生物が生産する菌体外酵素の解析 (2018)
  • 著者名/発表者名: 堀千明, SONG Ruopu, MINKOFF B. Benjamin, 飛松裕基, 高須賀太一
  • 学会等名: 第68回日本木材学会
• [学会発表] Effects of plant defensive substances on growth and CAZy production of wood decay fungus Pereniporia fraxinea that infects living tree (2018)
  • 著者名/発表者名: Hori C, Matsumoto R, Miyamoto T, Shigetomi K, Sano Y, Ooi T, Matsumoto K
  • 学会等名: International Symposium on Biomass Refinery: From Biomass Crops to Chemicals and Fuels
  • 国際学会
• [学会発表] Dynamic changes of intracellular monomer levels regulate block sequence of polyhydroxyalkanoates in engineered Escherichia coli (2018)
  • 著者名/発表者名: Fujii R, Matsumoto K, Hori C, Takaya M, Ooba T, Taguchi S, Ooi T, Isono T, Satoh T
  • 学会等名: International Symposium on Biomass Refinery: From Biomass Crops to Chemicals and Fuels
  • 国際学会
• [学会発表] Direct secretory production of D-lactate oligomers by engineered Escherichia coli: a shortcut in the process of polylactide production (2017)
  • 著者名/発表者名: Utsunomia C, Matsumoto K, Hori C, Taguchi S
  • 学会等名: 第69回日本生物工学会大会
• [学会発表] 抗菌ペプチド・アピデシンおよび高活性変異体の作用機構解析 (2017)
  • 著者名/発表者名: 川上駿、山崎蔵亨、三吉大地、大井俊彦、橋本茂樹、堀千明、田口精一、松本謙一郎
  • 学会等名: 第69回日本生物工学会大会
• [学会発表] Lactyl-CoA 重合における乳酸重合酵素の反応機構解析 (2017)
  • 著者名/発表者名: 飯島翠、松本謙一郎、堀千明、田口精一、大井俊彦
  • 学会等名: 第69回日本生物工学会大会
• [学会発表] きのこゲノム情報を利用した植物バイオマス分解の効率化 (2017)
  • 著者名/発表者名: 堀 千明、松本謙一郎、田口精一
  • 学会等名: 第6回JACI/GSCシンポジウム
• [学会発表] Application of D-lactate-based oligomers secreted by engineered Escherichia coli on polylactide production (2017)
  • 著者名/発表者名: Camila Utsunomia, Ken’ichiro Matsumoto, Chiaki Hori, and Seiichi Taguchi
  • 学会等名: 第6回JACI/GSCシンポジウム
• [学会発表] バイオマスを原料とした多元ポリ乳酸の微生物生産 (2017)
  • 著者名/発表者名: 飯島翠、滝沢憲治、門屋亨介、堀千明、松本謙一郎、大井俊彦、田口精一
  • 学会等名: 第6回JACI/GSCシンポジウム
• [学会発表] Bacterial production of glycolate-based polymers with hydrolytic degradability (2017)
  • 著者名/発表者名: Saito J, Shiba T, Hiraide Y, Hori C, Matsumoto K, Ooi T, Taguchi S
  • 学会等名: JSPS-Core-to-Core Program：Japan-South-East Asia Collaboration Hub of Bioplastics Study
  • 国際学会
• [学会発表] 種々の樹木成分で生育させた白色腐朽菌Phanerochaete chrysosporiumの細胞外プロテオーム解析 (2016)
  • 著者名/発表者名: 糀谷紗季、鈴木梨央、酒井杏匠、高須賀太一、堀 千明、志水元亨、加藤雅士
  • 学会等名: 第16回糸状菌分子生物学会
  • 発表場所: 京都大学宇治キャンパス（宇治市）
  • 年月日: 2016-11-17
• [学会発表] 比較プロテオミクスによるアラスカ永久凍土氷楔由来放線菌の休眠状態の代謝生理解析 (2016)
  • 著者名/発表者名: 池晃祐、長倉 美琴、高須賀 太一、堀 千明、北川 航、加藤 創一郎、曾根 輝雄、鎌形 洋一
  • 学会等名: 日本微生物生態学会第31回大会
  • 発表場所: 横須賀市文化会館（横須賀市）
  • 年月日: 2016-10-22
• [学会発表] Characterization of biomass degradation by fungal and bacterial enzymes from wood devastating insect symbionts (2016)
  • 著者名/発表者名: HORI Chiaki, SONG Ruopu, MINKOFF B. Benjamin, TOBIMATSU Yuki, TAKASUKA Taichi
  • 学会等名: 第89回日本生化学会大会
  • 発表場所: 仙台国際センター／東北大学川内北キャンパス（仙台市）
  • 年月日: 2016-09-25
• [学会発表] Alteration of cell wall structures and gene regulations in Populus trichocarpa under abiotic stress. (2016)
  • 著者名/発表者名: Xiang Yu, Chiaki Hori, Misato Ohtani, Jun Kikuchi, Taku Demura
  • 学会等名: XIV Cell Wall Meeting
  • 発表場所: ハニア、クレタ、ギリシャ
  • 年月日: 2016-06-12
  • 国際学会
• [学会発表] ベッコウタケ接種に対する生立木樹幹二次木部の反応 (2016)
  • 著者名/発表者名: 上田幹朗，堀 千明，山岸祐介，宮本敏澄，玉井 裕，佐野雄三
  • 学会等名: 日本木材学会北海道支部 第48回研究発表会
  • 発表場所: 札幌コンベンションセンター(札幌市)
• [学会発表] 発現遺伝子のオミックス解析によるブナ成木の衰退度の評価法～トランスクリプトーム VS.プロテオーム～ (2016)
  • 著者名/発表者名: 斎藤秀之、高須賀太一、堀 千明、神村章子、小林壱徳久、和田尚之、齋藤央嗣、谷脇徹、相原敬次、小倉淳、瀬々潤
  • 学会等名: 第65回北方森林学会
  • 発表場所: 札幌コンベンションセンター(札幌市)
• [学会発表] アラスカ永久凍土氷楔由来放線菌の休眠細胞のプロテオーム解析 (2016)
  • 著者名/発表者名: 池晃祐、長倉 美琴、高須賀 太一、堀 千明、北川 航、加藤 創一郎、曾根 輝雄、鎌形 洋一
  • 学会等名: 2016年度生物工学会北日本支部会
  • 発表場所: 北海道大学工学部 (札幌市)
• [備考] バイオ分子工学研究室ホームページ
  • URL: http://labs.eng.hokudai.ac.jp/labo/seika/
• [備考] 研究室ホームページ
  • URL: http://labs.eng.hokudai.ac.jp/labo/seika/