褐藻のフコキサンチン生合成経路の解明

• 研究課題/領域番号: 21K05773
• 研究種目: 基盤研究(C)
• 配分区分: 基金
• 応募区分: 一般
• 審査区分: 小区分40040:水圏生命科学関連
• 研究機関: 石川県立大学
• 研究代表者: 竹村 美保 石川県立大学, 生物資源環境学部, 准教授 (20273857)
• 研究期間 (年度): 2021-04-01 – 2024-03-31
• 研究課題ステータス: 完了 (2023年度)
• 配分額: 4,160千円 (直接経費: 3,200千円、間接経費: 960千円); 2023年度: 1,560千円 (直接経費: 1,200千円、間接経費: 360千円); 2022年度: 1,300千円 (直接経費: 1,000千円、間接経費: 300千円); 2021年度: 1,300千円 (直接経費: 1,000千円、間接経費: 300千円)
• キーワード: 褐藻 / フコキサンチン / 大腸菌 / 生合成経路 / オキナワモズク / 珪藻 / カロテノイド

研究開始時の研究の概要

カロテノイドの一種フコキサンチンは、コンブやオキナワモズクなどの褐藻が生産するカロテノイドで、抗肥満作用・抗高血圧作用があるため、昨今サプリメントなどとして需要が高まっている。フコキサンチンがどのようにして生合成されているかはわかっていないため、まず、フコキサンチン生合成に働く遺伝子を探し出す。次に、これらの遺伝子を大腸菌などに導入し、フコキサンチンを大量生産するシステムを開発する。

研究成果の概要

本研究では、褐藻のフコキサンチン生合成経路を明らかにするために、既知の植物カロテノイド生合成遺伝子と相同な12個の遺伝子を見出した。次に、大腸菌発現系を用いて機能解析した結果、PSY1,2, PDS1, ZISO1, ZDS1, CRTISO1,2, LCYb1, CYP97B2, について活性を検出することができた。一方、下流経路の反応に関わる可能性のある遺伝子を探索したが、候補遺伝子を見つけることができなかった。また、珪藻のVDL1と相同な遺伝子の機能解析を行う中で、大腸菌で初めてネオキサンチンを生産することができるようになり、下流の遺伝子解析を容易にした。

研究成果の学術的意義や社会的意義

本研究により、褐藻（オキナワモズク）も、フコキサンチン生合成経路の上流では植物と同様の遺伝子の活性により同様のカロテノイド生合成経路を有していることが明らかとなった。また、下流では、珪藻と同様の遺伝子を有することが明らかとなったが、大腸菌での活性が非常に低いことが考えられた。しかしながら、珪藻の遺伝子を用いることによって、ネオキサンチンを大腸菌で生産することが初めて可能となり、今後のフコキサンチン生産研究にとって必要不可欠な成果を得ることができた。

研究成果

• [雑誌論文] Synthetic-biological approach for production of neoxanthin in <i>Escherichia coli</i> (2023)
  • 著者名/発表者名: Yuki Higuchi, Masahiko Iha, Takashi Maoka, Norihiko Misawa, Miho Takemura
  • 雑誌名: Ｐｌａｎｔ Ｂｉｏｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ 巻: 40 号: 1 ページ: 15-20
  • DOI: 10.5511/plantbiotechnology.22.1130a
  • ISSN: 1342-4580, 1347-6114
  • 年月日: 2023-03-25
  • 査読あり / オープンアクセス
• [学会発表] 大腸菌によるネオキサンチンの生産 (2023)
  • 著者名/発表者名: 竹村美保、樋口雄貴、伊波匡彦、眞岡孝至、三沢典彦
  • 学会等名: カロテノイド研究談話会
• [学会発表] 大腸菌によるネオキサンチンの生産 (2023)
  • 著者名/発表者名: 竹村美保、樋口雄貴、伊波匡彦、眞岡孝至、三沢典彦
  • 学会等名: 日本農芸化学会