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薬用資源植物の化学的多様性のゲノム起源

研究課題

研究課題/領域番号 19H05652
研究種目

基盤研究(S)

配分区分補助金
審査区分 大区分H
研究機関国立研究開発法人理化学研究所

研究代表者

齊藤 和季  国立研究開発法人理化学研究所, 環境資源科学研究センター, センター長 (00146705)

研究分担者 吉本 尚子  千葉大学, 大学院薬学研究院, 講師 (10415333)
関 光  大阪大学, 大学院工学研究科, 准教授 (30392004)
庄司 翼  富山大学, 学術研究部薬学・和漢系, 教授 (40343272)
村中 俊哉  大阪大学, 大学院工学研究科, 教授 (60342862)
山崎 真巳  千葉大学, 大学院薬学研究院, 教授 (70222370)
高上馬 希重  北海道医療大学, 薬学部, 准教授 (80342781)
中林 亮  国立研究開発法人理化学研究所, 環境資源科学研究センター, 研究員 (30586160)
東 泰弘  国立研究開発法人理化学研究所, 環境資源科学研究センター, 研究員 (90634577)
榊原 圭子  国立研究開発法人理化学研究所, 環境資源科学研究センター, 上級研究員 (20360555)
Rai Amit (ライ アミット)  国立研究開発法人理化学研究所, 環境資源科学研究センター, 研究員 (60760535)
研究期間 (年度) 2019-06-26 – 2024-03-31
研究課題ステータス 完了 (2023年度)
配分額 *注記
200,980千円 (直接経費: 154,600千円、間接経費: 46,380千円)
2023年度: 31,330千円 (直接経費: 24,100千円、間接経費: 7,230千円)
2022年度: 31,330千円 (直接経費: 24,100千円、間接経費: 7,230千円)
2021年度: 31,330千円 (直接経費: 24,100千円、間接経費: 7,230千円)
2020年度: 47,190千円 (直接経費: 36,300千円、間接経費: 10,890千円)
2019年度: 59,800千円 (直接経費: 46,000千円、間接経費: 13,800千円)
キーワード薬用植物 / ゲノム / トランスクリプトーム / メタボローム / 甘草 / 植物二次代謝
研究開始時の研究の概要

医薬学や医療分野において重要性が増加し、主に国内で栽培されている薬用植物について、そのゲノムや化学成分に関連する研究を行う。有効成分の異なる甘草の複数種などについて、それらのゲノム配列とメタボロームデータ等を基に成分パターンなど関連している遺伝子などを推定する。さらに、甘草以外の重要な薬用植物についても薬用成分の生産に関与している遺伝子を推定する。さらに、これらの遺伝子や成分を応用する事により、新規の医薬成分の生産や薬用資源植物の持続的な有効利用などに利用する。

研究成果の概要

本研究では「甘草」など重要な薬用植物等における薬用成分生産の統合ゲノム科学を推進し、植物の化学的多様性のゲノム起源を解明した。ウラル甘草について染色体スケールの高品質ゲノム解読に成功した。その結果、グリチルリチンなどサポニン生合成に関わる酵素遺伝子のほぼ全体が二つの染色体にクラスターとして存在していることが確認され、別の薬効成分であるイソフラボノイド生合成に関連する遺伝子クラスターも同定した。同様に他の薬用植物や重要成分生産についてもそのゲノム基盤を解明し、同時にメタボローム解析手法も高度化して成分の生産制御に応用する道を拓いた。

研究成果の学術的意義や社会的意義

本研究は、重要生薬「甘草」を中心として医薬学や医療分野において重要性が増加する薬用資源植物の統合ゲノム科学を進展させ、植物成分生産のゲノム起源の解明に大きく貢献できた。これらの成果は将来的に植物製剤によって国民の健康や健康寿命の延伸に資するものであり、同時に「植物はなぜ、どのように薬となる多様な化学成分を作るのか?」という根源的な問いにも解答を与え人類の知の地平線を広げる事にもつながる。さらに、グローバル・コモンズとしての植物とその遺伝子資源など生物多様性の保全と利用という重要な社会的意義をも有する。

評価記号
事後評価所見 (区分)

A: 研究領域の設定目的に照らして、期待どおりの成果があった

評価記号
中間評価所見 (区分)

A: 研究領域の設定目的に照らして、期待どおりの進展が認められる

報告書

(11件)
  • 2024 事後評価(所見) ( PDF )
  • 2023 実績報告書   研究成果報告書 ( PDF )
  • 2022 実績報告書
  • 2021 研究概要(中間評価) ( PDF )   実績報告書   中間評価(所見) ( PDF )
  • 2020 実績報告書
  • 2019 研究概要(採択時) ( PDF )   審査結果の所見 ( PDF )   実績報告書
  • 研究成果

    (39件)

すべて 2023 2022 2021 2020 その他

すべて 雑誌論文 (20件) (うち国際共著 5件、 査読あり 20件、 オープンアクセス 17件) 学会発表 (16件) (うち国際学会 4件、 招待講演 3件) 図書 (2件) 備考 (1件)

  • [雑誌論文] Downregulation of a cluster of genes encoding nitrate transporter 1/peptide transporter family proteins in tomato with a mutated JRE4 transcription factor2023

    • 著者名/発表者名
      Shoji Tsubasa、Saito Kazuki
    • 雑誌名

      Plant Biotechnology

      巻: 40 号: 1 ページ: 71-76

    • DOI

      10.5511/plantbiotechnology.22.1113a

    • ISSN
      1342-4580, 1347-6114
    • 年月日
      2023-03-25
    • 関連する報告書
      2023 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Induced production of specialized steroids by transcriptional reprogramming in <i>Petunia hybrida</i>2023

    • 著者名/発表者名
      Shoji Tsubasa、Sugawara Satoko、Mori Tetsuya、Kobayashi Makoto、Kusano Miyako、Saito Kazuki
    • 雑誌名

      PNAS Nexus

      巻: 2 号: 10

    • DOI

      10.1093/pnasnexus/pgad326

    • 関連する報告書
      2023 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Genetic regulation and manipulation of nicotine biosynthesis in tobacco: strategies to eliminate addictive alkaloids2023

    • 著者名/発表者名
      Shoji Tsubasa、Hashimoto Takashi、Saito Kazuki
    • 雑誌名

      Journal of Experimental Botany

      巻: 75 号: 6 ページ: 1741-1753

    • DOI

      10.1093/jxb/erad341

    • 関連する報告書
      2023 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Cultivation study of <i>Lithospermum erythrorhizon</i> to obtain “Shikon” as a purple dye and traditional medicine - root growth and shikonin derivatives content2023

    • 著者名/発表者名
      Kojoma M.
    • 雑誌名

      Acta Horticulturae

      巻: 1361 号: 1361 ページ: 13-20

    • DOI

      10.17660/actahortic.2023.1361.2

    • 関連する報告書
      2023 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Glycyrrhizin Production in Licorice Hairy Roots Based on Metabolic Redirection of Triterpenoid Biosynthetic Pathway by Genome Editing2023

    • 著者名/発表者名
      Chiyo Naoki、Seki Hikaru、Kanamoto Takuya、Ueda Hiroshi、Kojoma Mareshige、Muranaka Toshiya
    • 雑誌名

      Plant And Cell Physiology

      巻: 65 号: 2 ページ: 185-198

    • DOI

      10.1093/pcp/pcad161

    • 関連する報告書
      2023 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Disruption of a licorice cellulose synthase-derived glycosyltransferase gene demonstrates its in planta role in soyasaponin biosynthesis2023

    • 著者名/発表者名
      Sakanishi Manami、Chung Soo Yeon、Fujiwara Kentaro、Kojoma Mareshige、Muranaka Toshiya、Seki Hikaru
    • 雑誌名

      Plant Cell Reports

      巻: 43 号: 1

    • DOI

      10.1007/s00299-023-03095-6

    • 関連する報告書
      2023 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] 甘草のゲノム解読から明らかになった薬効成分の生合成遺伝子クラスター2023

    • 著者名/発表者名
      Amit Rai, 斉藤和季
    • 雑誌名

      バイオサイエンスとインダストリー

      巻: 81 ページ: 310-311

    • 関連する報告書
      2023 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Chromosome-scale genome assembly of Glycyrrhiza uralensis revealed metabolic gene cluster centred specialized metabolites biosynthesis2022

    • 著者名/発表者名
      Rai A, Hirakawa H, Rai M, Shimizu Y, Shirasawa K, Kikuchi S, Seki H, Yamazaki M, Toyoda A, Isobe S, Muranaka T, Saito K
    • 雑誌名

      DNA Res.

      巻: 29 号: 6 ページ: 1-14

    • DOI

      10.1093/dnares/dsac043

    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Natural and induced variations in transcriptional regulator genes result in low‐nicotine phenotypes in tobacco2022

    • 著者名/発表者名
      Shoji Tsubasa、Moriyama Koki、Sierro Nicolas、Ouadi Sonia、Ivanov Nikolai V.、Hashimoto Takashi、Saito Kazuki
    • 雑誌名

      The Plant Journal

      巻: 111 号: 6 ページ: 1768-1779

    • DOI

      10.1111/tpj.15923

    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
  • [雑誌論文] A Jasmonate-Responsive ERF Transcription Factor Regulates Steroidal Glycoalkaloid Biosynthesis Genes in Eggplant2022

    • 著者名/発表者名
      Shoji Tsubasa、Saito Kazuki
    • 雑誌名

      Plants

      巻: 11 号: 23 ページ: 3336-3336

    • DOI

      10.3390/plants11233336

    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Gene-Metabolite Network Analysis Revealed Tissue-Specific Accumulation of Therapeutic Metabolites in Mallotus japonicus2021

    • 著者名/発表者名
      Rai Megha、Rai Amit、Mori Tetsuya、Nakabayashi Ryo、Yamamoto Manami、Nakamura Michimi、Suzuki Hideyuki、Saito Kazuki、Yamazaki Mami
    • 雑誌名

      International Journal of Molecular Sciences

      巻: 22 号: 16 ページ: 8835-8835

    • DOI

      10.3390/ijms22168835

    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
  • [雑誌論文] Genetic divergence in transcriptional regulators of defense metabolism: insight into plant domestication and improvement2021

    • 著者名/発表者名
      Shoji Tsubasa、Umemoto Naoyuki、Saito Kazuki
    • 雑誌名

      Plant Molecular Biology

      巻: - 号: 4-5 ページ: 401-411

    • DOI

      10.1007/s11103-021-01159-3

    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] CRISPR/Cas9-mediated disruption of the <i>PYRROLIDINE KETIDE SYNTHASE</i> gene reduces the accumulation of tropane alkaloids in <i>Atropa belladonna</i> hairy roots2021

    • 著者名/発表者名
      Hasebe Fumihito、Yuba Honoka、Hashimoto Takashi、Saito Kazuki、Funa Nobutaka、Shoji Tsubasa
    • 雑誌名

      Bioscience, Biotechnology, and Biochemistry

      巻: 85 号: 12 ページ: 2404-2409

    • DOI

      10.1093/bbb/zbab165

    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Chromosome-level genome assembly of Ophiorrhiza pumila reveals the evolution of camptothecin biosynthesis2021

    • 著者名/発表者名
      Rai Amit、Hirakawa Hideki、Nakabayashi Ryo、Kikuchi Shinji、Hayashi Koki、Rai Megha、Tsugawa Hiroshi、Nakaya Taiki、Mori Tetsuya、Nagasaki Hideki、Fukushi Runa、Kusuya Yoko、Takahashi Hiroki、Uchiyama Hiroshi、Toyoda Atsushi、Hikosaka Shoko、Goto Eiji、Saito Kazuki、Yamazaki Mami
    • 雑誌名

      Nature Communications

      巻: 12 号: 1 ページ: 405-405

    • DOI

      10.1038/s41467-020-20508-2

    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
  • [雑誌論文] Allylic Hydroxylation Activity Is a Source of Saponin Chemodiversity in the Genus Glycyrrhiza2021

    • 著者名/発表者名
      Fanani Much Z、Sawai Satoru、Seki Hikaru、Ishimori Masato、Ohyama Kiyoshi、Fukushima Ery O、Sudo Hiroshi、Saito Kazuki、Muranaka Toshiya
    • 雑誌名

      Plant and Cell Physiology

      巻: in press 号: 2 ページ: 262-271

    • DOI

      10.1093/pcp/pcaa173

    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
  • [雑誌論文] Seed-coat protective neolignans are produced by the dirigent protein AtDP1 and the laccase AtLAC5 in Arabidopsis2020

    • 著者名/発表者名
      Yonekura-Sakakibara Keiko、Yamamura Masaomi、Matsuda Fumio、Ono Eiichiro、Nakabayashi Ryo、Sugawara Satoko、Mori Tetsuya、Tobimatsu Yuki、Umezawa Toshiaki、Saito Kazuki
    • 雑誌名

      The Plant Cell

      巻: 33 ページ: 129-152

    • DOI

      10.1093/plcell/koaa014

    • NAID

      120006951677

    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Multiomics-based characterization of specialized metabolites biosynthesis in Cornus Officinalis2020

    • 著者名/発表者名
      Rai Amit、Rai Megha、Kamochi Hidetaka、Mori Tetsuya、Nakabayashi Ryo、Nakamura Michimi、Suzuki Hideyuki、Saito Kazuki、Yamazaki Mami
    • 雑誌名

      DNA Research

      巻: 27 号: 2 ページ: 1-15

    • DOI

      10.1093/dnares/dsaa009

    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
  • [雑誌論文] Higher dimensional metabolomics using stable isotope labeling for identifying the missing specialized metabolism in plants2020

    • 著者名/発表者名
      Nakabayashi Ryo、Saito Kazuki
    • 雑誌名

      Current Opinion in Plant Biology

      巻: 55 ページ: 84-92

    • DOI

      10.1016/j.pbi.2020.02.009

    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Metabolomics with 15N Labeling for Characterizing Missing Monoterpene Indole Alkaloids in Plants2020

    • 著者名/発表者名
      Nakabayashi Ryo、Mori Tetsuya、Takeda Noriko、Toyooka Kiminori、Sudo Hiroshi、Tsugawa Hiroshi、Saito Kazuki
    • 雑誌名

      Analytical Chemistry

      巻: 92 号: 8 ページ: 5670-5675

    • DOI

      10.1021/acs.analchem.9b03860

    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Editorial: The Origin of Plant Chemodiversity - Conceptual and Empirical Insights2020

    • 著者名/発表者名
      Saito Kazuki
    • 雑誌名

      Frontiers in Plant Science

      巻: 11 ページ: 890-890

    • DOI

      10.3389/fpls.2020.00890

    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [学会発表] 植物二次代謝の転写因子:代謝制御の万能因子はあるのか?2023

    • 著者名/発表者名
      庄司翼
    • 学会等名
      第40回日本植物バイオテクノロジー学会(千葉)大会
    • 関連する報告書
      2023 実績報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] ゲノム編集によるグリチルリチン高生産毛状根の作出2023

    • 著者名/発表者名
      千代直樹、關 光、金本拓也、上田大志、高上馬希重、村中俊哉
    • 学会等名
      第40回日本植物バイオテクノロジー学会(千葉)大会
    • 関連する報告書
      2023 実績報告書
  • [学会発表] 生薬シコンの基原植物ムラサキ(Lithospermum erythrorhizon)の北海道における栽培・生産の取り組み2023

    • 著者名/発表者名
      高上馬希重, 金尚永
    • 学会等名
      第47回日本生薬学会北海道支部例会, 札幌
    • 関連する報告書
      2023 実績報告書
  • [学会発表] ヒガンバナ科植物Tulbaghia violaceaの機能性含硫成分マラスミンの生合成に関わるS-酸化酵素の同定2023

    • 著者名/発表者名
      吉本尚子,王吉晨,鈴木秀幸,中嶋なな子,北島満里子,髙山廣光,斉藤和季,山崎真巳
    • 学会等名
      日本生薬学会第69回年会(宮城)
    • 関連する報告書
      2023 実績報告書
  • [学会発表] ネギ属植物およびカルスの含硫二次代謝物量に対するエリシター処理の影響の解析2023

    • 著者名/発表者名
      村田夏奈子、木佐貫あゆな、浅野孝、斉藤和季、山崎真巳、吉本尚子
    • 学会等名
      第40回日本植物バイオテクノロジー学会(千葉)大会
    • 関連する報告書
      2023 実績報告書
  • [学会発表] The challenge of RIKEN CSRS for the establishment of Sustainable Resource Science2023

    • 著者名/発表者名
      Kazuki Saito
    • 学会等名
      The 64th Annual Meeting of the Japanese Society of Plant Physiologists. ‘Japan-Singapore Binational Symposium: Plant Science & Precision Agriculture’
    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] Cultivation study for Shikon (Lithospermum erythrorhizon), purple dye and traditional medicine2022

    • 著者名/発表者名
      Mareshige Kojoma
    • 学会等名
      31st International Horticultural Congress
    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Phytochemical genomics - from Arabidopsis and beyond…2022

    • 著者名/発表者名
      Kazuki Saito
    • 学会等名
      Kyoto University ERATO International Symposium: Chemistry and Plant Biology
    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] Identification of an S-oxygenase involved in the biosynthesis of marasmin, an antibacterial component in Tulbaghia violacea2021

    • 著者名/発表者名
      2.Wang Jichen, Hideyuki Suzuki, Nanako Nakashima, Mariko Kitajima, Kazuki Saito, Mami Yamazaki, Naoko Yoshimoto
    • 学会等名
      第65回日本薬学会関東支部大会(オンライン)
    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
  • [学会発表] ネギ属植物のカルスの誘導と硫黄二次代謝能の解析2021

    • 著者名/発表者名
      木佐貫あゆな、浅野孝、藤井勲、斉藤和季、吉本尚子
    • 学会等名
      日本薬学会 第141年会(広島)
    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
  • [学会発表] カンプトテシン生合成解明を目指した統合オミクス科学2021

    • 著者名/発表者名
      山崎真巳、ライ アミット、北村智、齊藤和季
    • 学会等名
      日本薬学会 第141年会(広島)
    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
  • [学会発表] ディリジェントタンパク質AtDP1 とラッカーゼAtLAC5 はシロイヌナズナの種子特異的ネオリグナンの生合成に関わる2021

    • 著者名/発表者名
      榊原圭子、山村正臣、松田史生、小埜栄一郎、中林 亮、菅原聡子、森 哲哉、飛松裕基、梅澤俊明、斉藤和季
    • 学会等名
      第62回日本植物生理学会(島根)
    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
  • [学会発表] 液体クロマトグラフィータンデム質量分析とイメージング質量分析を用いたマルチメタボロミクスによる根浸出性代謝物の空間的蓄積様式の特定2021

    • 著者名/発表者名
      中林 亮、武田(神谷)紀子、森 哲哉、韮澤 崇、豊岡公徳、斉藤和季
    • 学会等名
      第62回日本植物生理学会(島根)
    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
  • [学会発表] ネギ属植物のカルスにおける硫黄二次代謝能の解析2021

    • 著者名/発表者名
      木佐貫あゆな、浅野孝、藤井勲、斉藤和季、吉本尚子
    • 学会等名
      第62回日本植物生理学会(島根)
    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
  • [学会発表] 薬用植物クララにおける二次代謝産物の生合成機構の解明 Elucidation of biosynthetic mechanism of secondary metabolisms in Sophora flavescens2020

    • 著者名/発表者名
      清水陽平, Rai Amit, 中村道美, 鈴木秀幸, 斉藤和季, 山崎真巳
    • 学会等名
      第61回日本植物生理学会年会(大阪)
    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
  • [学会発表] Genome Assembly and Characterization of Medicinal Plant Sophora Flavescens2020

    • 著者名/発表者名
      Amit Rai , Yohei Shimizu , Hideki Hirakawa , Mami Yamazaki, Kazuki Saito
    • 学会等名
      Plant and Animal Genome Conference XXVIII; San Diego, USA
    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
    • 国際学会
  • [図書] Volume 7: New Methods in Natural Products Chemistry. in: Comprehensive Natural Products III: Chemistry and Biology2020

    • 著者名/発表者名
      Kazuki Saito
    • 出版者
      Elsevier
    • ISBN
      9780081026915
    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
  • [図書] The Origin of Plant Chemodiversity - Conceptual and Empirical Insights2020

    • 著者名/発表者名
      Kazuki Saito
    • 出版者
      Frontiers Media SA
    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
  • [備考] 理化学研究所 環境資源科学研究センター 統合メタボロミクス研究グループ

    • URL

      http://metabolomics.riken.jp/

    • 関連する報告書
      2023 実績報告書

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公開日: 2019-06-27   更新日: 2025-02-04  

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