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Systems biology approach to unravel biosynthesis and evolution of camptothecin, a potent anti-cancer natural product

研究課題

研究課題/領域番号 19K16391
研究種目

若手研究

配分区分基金
審査区分 小区分47050:環境および天然医薬資源学関連
研究機関国立研究開発法人理化学研究所 (2020-2021)
千葉大学 (2019)

研究代表者

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) 2019-04-01 – 2022-03-31
研究課題ステータス 完了 (2021年度)
配分額 *注記
4,160千円 (直接経費: 3,200千円、間接経費: 960千円)
2021年度: 910千円 (直接経費: 700千円、間接経費: 210千円)
2020年度: 1,560千円 (直接経費: 1,200千円、間接経費: 360千円)
2019年度: 1,690千円 (直接経費: 1,300千円、間接経費: 390千円)
キーワードCamptothecin / Medicinal plants / MIAs / Whole genome sequencing / Phytogenomics / Ophiorrhiza pumila / Comparative genomics / Systems biology / Metabolic gene clusters / Pangenome / Ophiorrhiza japonica / Evolution / Nothapodytes foetida / STR / Secoiridoids / Metabolic gene cluster / OpCYP1 / Pan-Genome / Genome analysis / Metabolite profiling / Specialized metabolites / Systems Biology / Indole Alkaloids / Biosynthesis
研究開始時の研究の概要

Camptothecin (CPT) is one of the most potent anti-cancer compound derived from the plant source. Lack of stable supply for CPT is a grave concern and the reason for the exorbitant cost for cancer treatment. This study aims to understand camptothecin biosynthesis in order to derive a sustainable source of its production.

研究成果の概要

ここでは、Ophiorrhiza pumila, Ophiorrhiza japonica, および Nothapodytesfoetidaの高品質なゲノムアセンブリを報告します。 比較ゲノム解析は、カンプトテシン(CPT)生合成の出現を導いた重要な酵素としてストリクトシジンシンターゼ(STR)を示しました。 進化に向けた代謝遺伝子クラスターの重要性と、特殊な代謝物を合成する能力を維持することの重要性を示しました。 CPT生合成から推定代謝中間体を同定しました。 最後に、生合成経路に関連する候補遺伝子を特定するために、STRノックアウトラインを確立しました。

研究成果の学術的意義や社会的意義

This study have produced three high quality genome assemblies of important medicinal plants to explore evolutionary basis of camptothecin biosynthesis, one of the most potent anti-cancer drug in the world. Results and resources will be useful to establish sustainable source of camptothecin.

報告書

(4件)
  • 2021 実績報告書   研究成果報告書 ( PDF )
  • 2020 実施状況報告書
  • 2019 実施状況報告書
  • 研究成果

    (13件)

すべて 2021 2020 2019 その他

すべて 雑誌論文 (5件) (うち国際共著 5件、 査読あり 5件、 オープンアクセス 4件) 学会発表 (6件) (うち国際学会 6件、 招待講演 3件) 備考 (2件)

  • [雑誌論文] A multi-objective hybrid machine learning approach-based optimization for enhanced biomass and bioactive phycobiliproteins production in Nostoc sp. CCC-4032021

    • 著者名/発表者名
      Saini Dinesh Kumar、Rai Amit、Devi Alka、Pabbi Sunil、Chhabra Deepak、Chang Jo-Shu、Shukla Pratyoosh
    • 雑誌名

      Bioresource Technology

      巻: 329 ページ: 124908-124908

    • DOI

      10.1016/j.biortech.2021.124908

    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
    • 査読あり / 国際共著
  • [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
      2021 実績報告書 2020 実施状況報告書
    • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
  • [雑誌論文] Metabolomics and complementary techniques to investigate the plant phytochemical cosmos2021

    • 著者名/発表者名
      Tsugawa Hiroshi、Rai Amit、Saito Kazuki、Nakabayashi Ryo
    • 雑誌名

      Natural Product Reports

      巻: 38 号: 10 ページ: 1729-1759

    • DOI

      10.1039/d1np00014d

    • 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] 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] 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 実施状況報告書
    • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
  • [学会発表] Systems approach to explore emergence of specialized metabolites in medicinal plants2021

    • 著者名/発表者名
      Amit Rai
    • 学会等名
      National Bioengineering Conference- 2022, India
    • 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] Genome-guided multi-omics approach to explore evolution of specialized metabolites in plants2020

    • 著者名/発表者名
      Amit Rai, Hideki Hirakawa, Ryo Nakabayashi, Shinji Kikuchi, Koki Hayashi, Megha Rai, Hiroshi Tsugawa Tetsuya Mori, Mami Yamazaki, and Kazuki Saito
    • 学会等名
      International plant systems biology, EMBO workshop, April 26-27
    • 関連する報告書
      2020 実施状況報告書
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] Integrated Omics for Hypothesis Generation2020

    • 著者名/発表者名
      Amit Rai
    • 学会等名
      The 69th Annual Conference on Mass Spectrometry, Japan, May 19-21
    • 関連する報告書
      2020 実施状況報告書
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] Predicting genes related to the biosynthesis of Camptothecin by integrating promoter similarity score with gene co-expression analysis2019

    • 著者名/発表者名
      Koki Hayashi, Amit Rai, Kazuki Saito, Mami Yamazaki
    • 学会等名
      The 61th Annual Meeting of the Japanese Society of Plant Physiologists, Osaka
    • 関連する報告書
      2019 実施状況報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Integration of cis-element motif analysis with co-expression analysis to predict genes related to Camptothecin biosynthesis2019

    • 著者名/発表者名
      Koki Hayashi, Amit Rai, Kazuki Saito, Mami Yamazaki
    • 学会等名
      Genome Support Meeting, PAG 2019, Nagoya, Japan
    • 関連する報告書
      2019 実施状況報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] シス調節配列のモチーフ解析と共発現解析の統合による カンプトテシン生合成候補遺伝子の探索2019

    • 著者名/発表者名
      Koki Hayashi, Amit Rai, Kazuki Saito, Mami Yamazaki
    • 学会等名
      The 56th Plant Chemistry Symposium
    • 関連する報告書
      2019 実施状況報告書
    • 国際学会
  • [備考] Ophiorrhiza pumila Genome DataBase.

    • URL

      http://pumila.kazusa.or.jp/

    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
  • [備考] Ophiorrhiza pumila Genome DataBase

    • URL

      http://pumila.kazusa.or.jp/

    • 関連する報告書
      2020 実施状況報告書

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公開日: 2019-04-18   更新日: 2024-12-25  

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