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リグニンの分子構造が特異なクワの変異体を用いたゲノム編集樹木の有用性の実践的検証

研究課題

研究課題/領域番号 23K23667
補助金の研究課題番号 22H02402 (2022-2023)
研究種目

基盤研究(B)

配分区分基金 (2024)
補助金 (2022-2023)
応募区分一般
審査区分 小区分40020:木質科学関連
研究機関東京農工大学

研究代表者

梶田 真也  東京農工大学, (連合)農学研究科(研究院), 教授 (40323753)

研究分担者 船田 良  東京農工大学, (連合)農学研究科(研究院), 教授 (20192734)
飛松 裕基  京都大学, 生存圏研究所, 教授 (20734221)
古田 裕三  京都府立大学, 生命環境科学研究科, 教授 (60343406)
神代 圭輔  京都府立大学, 生命環境科学研究科, 准教授 (00548448)
研究期間 (年度) 2022-04-01 – 2025-03-31
研究課題ステータス 交付 (2024年度)
配分額 *注記
17,550千円 (直接経費: 13,500千円、間接経費: 4,050千円)
2024年度: 5,460千円 (直接経費: 4,200千円、間接経費: 1,260千円)
2023年度: 4,940千円 (直接経費: 3,800千円、間接経費: 1,140千円)
2022年度: 7,150千円 (直接経費: 5,500千円、間接経費: 1,650千円)
キーワードリグニン / 変異体 / クワ / 細胞壁
研究開始時の研究の概要

ゲノム編集は染色体上にある標的遺伝子へ人為的に変異を導入する技術である。この技術は、野菜や穀物、魚類の育種をはじめ、樹木においてもその活用が急速に拡大している。本研究では、木材中に特異な分子構造のリグニンを蓄積するクワの自然突然変異体「赤材桑」を自然が生み出したゲノム編集樹木に見立て、赤材桑の孫世代(F2世代)を使った野外での生育評価と、野外および室内での栽培から得られる木材を対象とした多角的な解析を通じて、ゲノム編集によるリグニンの分子構造の改変が、木材の利用効率の向上に貢献することを実践的に検証する。

研究実績の概要

昨年度に引き続き、リグニンモノマー(モノリグノール)生合成の最終段階に関わるCAD遺伝子の機能を欠失したクワの自然突然変異体を用いた研究を行った。変異遺伝子をホモで持つ赤材桑を種子親(cad/cad)に、赤材桑と「国桑第21号」との人工交配に由来するF1のNo. 8株(CAD/cad)を花粉親にして行った交配から得られた戻し交配系統であるヘテロ欠損型CAD/cad個体とホモ欠損型cad/cad個体を用いて、遺伝子型の違いがリグニン構造に与える影響をNMR等を用いて評価した。赤材桑のリグニンでは、通常の広葉樹のリグニンに見られる3つの主要な結合単位、即ち8-O-4型、8-8型、8-5型の化学構造の一部が変化していることが分かっている。今回の調査により、少なくとも8-O-4型については、ホモ欠損型個体でのみ赤材桑と同様の変化が検出された。この事実と昨年度の研究結果を合わせて考えると、赤材桑におけるリグニン分子構造の変化は、CAD遺伝子の機能欠損にあることが強く推察される。また、抽出成分を除いた木粉を用いた酵素糖化実験の結果から、ホモ欠損型個体で見られたリグニン構造の変化は、若干ではあるが糖化性の向上に寄与しているように思われた。赤材桑と他のクワ品種の木材の比較においても、前者において糖化性が高い結果が得られていることを考えると、CAD遺伝子の両アレルでの機能欠損がリグニン構造の変化に加えて多糖を含む木材全体の構造変化を引き起こしている可能性が示唆される。

現在までの達成度 (区分)
現在までの達成度 (区分)

2: おおむね順調に進展している

理由

昨年度の計画遅延を挽回し、2年度分の研究成果が得られたことによる。

今後の研究の推進方策

CAD遺伝子のヘテロ欠損、およびホモ欠損株の木材の酵素糖化性や、木材中のリグニンのNMRによる分析、木材物性の評価などを実施することで、CAD遺伝子欠損の有用性を実証する。

報告書

(2件)
  • 2023 実績報告書
  • 2022 実績報告書
  • 研究成果

    (5件)

すべて 2024 2023

すべて 雑誌論文 (1件) 学会発表 (4件) (うち国際学会 1件、 招待講演 2件)

  • [雑誌論文] Hydroxycinnamaldehyde-derived benzofuran components in lignins2024

    • 著者名/発表者名
      Yoshioka Koichi、Kim Hoon、Lu Fachuang、De Ridder Nette、Vanholme Ruben、Kajita Shinya、Boerjan Wout、Ralph John
    • 雑誌名

      Plant Physiology

      巻: 194 号: 3 ページ: 1370-1382

    • DOI

      10.1093/plphys/kiad514

    • 関連する報告書
      2023 実績報告書
  • [学会発表] 生合成経路の制御がリグニンの化学構造と木材の加工性にもたらす効果2023

    • 著者名/発表者名
      梶田真也
    • 学会等名
      第75回日本生物工学会大会
    • 関連する報告書
      2023 実績報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] 赤材桑×国桑 21 号のF2 集団を用いたクワ連鎖地図とゲノム配列の比較解析2023

    • 著者名/発表者名
      鈴木未来, 小山朗夫, 植本満希, 梶田真也, 松村英生
    • 学会等名
      日本育種学会 第144回講演会
    • 関連する報告書
      2023 実績報告書
  • [学会発表] Influence of selective fungal degradation on the saccharification of CAD-deficient mulberry wood: The case of natural mutant wood from Sekizaisou2023

    • 著者名/発表者名
      Madigal JP, Takada M, Kajita S
    • 学会等名
      第68回リグニン討論会
    • 関連する報告書
      2023 実績報告書
  • [学会発表] Lignin metabolic engineering in mutants and transgenics2023

    • 著者名/発表者名
      Kajita S
    • 学会等名
      The Second International Mini-symposium on Wood Science
    • 関連する報告書
      2023 実績報告書
    • 国際学会 / 招待講演

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公開日: 2022-04-19   更新日: 2024-12-25  

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