生合成工学と輸送工学を統合したプレニル化ポリフェノールの生合成リデザイン

• 研究領域: 生物合成系の再設計による複雑骨格機能分子の革新的創成科学
• 研究課題/領域番号: 17H05441
• 研究種目: 新学術領域研究(研究領域提案型)
• 配分区分: 補助金
• 審査区分: 理工系
• 研究機関: 京都大学
• 研究代表者: 矢崎 一史 京都大学, 生存圏研究所, 教授 (00191099)
• 研究期間 (年度): 2017-04-01 – 2019-03-31
• 研究課題ステータス: 完了 (2018年度)
• 配分額: 7,410千円 (直接経費: 5,700千円、間接経費: 1,710千円); 2018年度: 3,770千円 (直接経費: 2,900千円、間接経費: 870千円); 2017年度: 3,640千円 (直接経費: 2,800千円、間接経費: 840千円)
• キーワード: バイオテクノロジー / 生合成 / 代謝工学 / ポリフェノール / プレニル化酵素 / 合成生物学 / プレニル化フェノール / プレニル基転移酵素 / 出芽酵母

研究実績の概要

植物のプレニル化フェノール類は、抗腫瘍、抗酸化、抗菌活性など多様な生理活性を持ち、機能性食品や医薬品原料などとして極めて有望である。一方、自然界におけるこれらプレニル化フェノール類の含量は低く、しかも複雑な混合物で存在するため単離にコストがかかる。こうした背景のもと、高効率の生産系の確立は、基礎研究分野のみならず産業界においても望まれている。
本研究では、ブラジル産 Baccharis の生理活性成分 artepillin C の生産を、国産植物の遺伝子を用いた合成生物学で達成することを目指している。プレニル化酵素には、カワラヨモギ由来のユニークなジプレニル化酵素遺伝子 AcPT1 を用い、またその基質の p-クマル酸は、他植物の３遺伝子（PAL、4CL、CPR）をガラクトース誘導性プロモータの下流で発現させる生合成リデザインを行った。今年度は、artepillin C の抽出過程において、artepillin C が細胞から十分に溶媒抽出されていない現象が認められたため、Zymolyase 処理を行って、回収効率の改善を図った。また、培養容器の材質と形状の至適化を行うことで、artepillin C 生産の効率を改善できた。重要な知見として、基質である p-クマル酸のほとんどが細胞外に分泌されるという現象が認められ、目的物質の生産性向上にはこの生体内基質を細胞内に止める工夫が必要であることが明らかとなった。
一方、輸送工学アプローチに関しては、カワラヨモギから lipid transfer protein (LTP) のクローニングを行い、13 種類のLTPの発現を確認し、type 1、type 2、それ以外のサブグループから発現の高いLTP４種を選び、酵母発現系に導入した。その結果、１種のLTPで artepillin C の生産に対して負の影響が認められた。

現在までの達成度 (段落)

平成30年度が最終年度であるため、記入しない。

今後の研究の推進方策

平成30年度が最終年度であるため、記入しない。

研究成果

• [国際共同研究] ロレーヌ大学(フランス)
• [雑誌論文] Uptake of adenine by purine permeases of Coffea canephora (2019)
  • 著者名/発表者名: Kakegawa Hirofumi、Shitan Nobukazu、Kusano Hiroaki、Ogita Shinjiro、Yazaki Kazufumi、Sugiyama Akifumi
  • 雑誌名: Bioscience, Biotechnology, and Biochemistry 巻: 印刷中 号: 7 ページ: 1300-1305
  • DOI: 10.1080/09168451.2019.1606698
  • NAID: 120006796496
  • 査読あり
• [雑誌論文] Establishment of a modified CRISPR/Cas9 system with increased mutagenesis frequency using the translational enhancer dMac3 and multiple guide RNAs in potato (2018)
  • 著者名/発表者名: Kusano Hiroaki、Ohnuma Mariko、Mutsuro-Aoki Hiromi、Asahi Takahiro、Ichinosawa Dai、Onodera Hitomi、Asano Kenji、Noda Takahiro、Horie Takaaki、Fukumoto Kou、Kihira Miho、Teramura Hiroshi、Yazaki Kazufumi、Umemoto Naoyuki、Muranaka Toshiya、Shimada Hiroaki
  • 雑誌名: Scientific Reports 巻: 8 号: 1 ページ: 13753-13753
  • DOI: 10.1038/s41598-018-32049-2
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Comparative Proteomic Analysis of Lithospermum erythrorhizon Reveals Regulation of a Variety of Metabolic Enzymes Leading to Comprehensive Understanding of the Shikonin Biosynthetic Pathway (2018)
  • 著者名/発表者名: Takanashi Kojiro、Nakagawa Yukimi、Aburaya Shunsuke、Kaminade Kenta、Aoki Wataru、Saida-Munakata Yuka、Sugiyama Akifumi、Ueda Mitsuyoshi、Yazaki Kazufumi
  • 雑誌名: Plant and Cell Physiology 巻: 60 号: 1 ページ: 19-28
  • DOI: 10.1093/pcp/pcy183
  • 査読あり
• [雑誌論文] An Aromatic Farnesyltransferase Functions in Biosynthesis of the Anti-HIV Meroterpenoid Daurichromenic Acid (2018)
  • 著者名/発表者名: Saeki Haruna、Hara Ryota、Takahashi Hironobu、Iijima Miu、Munakata Ryosuke、Kenmoku Hiromichi、Fuku Kazuma、Sekihara Ai、Yasuno Yoko、Shinada Tetsuro、Ueda Daijiro、Nishi Tomoyuki、Sato Tsutomu、Asakawa Yoshinori、Kurosaki Fumiya、Yazaki Kazufumi、Taura Futoshi
  • 雑誌名: Plant Physiology 巻: 178 号: 2 ページ: 535-551
  • DOI: 10.1104/pp.18.00655
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] The Crotalaria juncea metal transporter CjNRAMP1 has a high Fe uptake activity, even in an environment with high Cd contamination (2018)
  • 著者名/発表者名: Tsugumi Nakanishi-Masuno, Nobukazu Shitan, Akifumi Sugiyama, Kojiro Takanashi, Shoko Inaba, Shuji Kaneko, Kazufumi Yazaki
  • 雑誌名: International Journal of Phytoremediation 巻: 20 号: 14 ページ: 1427-1437
  • DOI: 10.1080/15226514.2018.1501333
  • 査読あり
• [雑誌論文] Comparative multi-omics analysis reveals diverse latex-based defense strategies against pests among latex-producing organs of the fig tree (Ficus carica) (2018)
  • 著者名/発表者名: Kitajima Sakihito、Aoki Wataru、Shibata Daisuke、Nakajima Daisuke、Sakurai Nozomu、Yazaki Kazufumi、Munakata Ryosuke、Taira Toki、Kobayashi Masaru、Aburaya Shunsuke、Savadogo Eric Hyrmeya、Hibino Susumu、Yano Haruna
  • 雑誌名: Planta 巻: 印刷中 号: 6 ページ: 1423-1438
  • DOI: 10.1007/s00425-018-2880-3
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] A multidrug and toxic compound extrusion transporter mediates berberine accumulation into vacuoles in Coptis japonica (2017)
  • 著者名/発表者名: Takanashi K., Yamada Y., Sasaki T., Yamamoto Y., Sato F., Yazaki K.
  • 雑誌名: Phytochemistry 巻: 138 ページ: 76-82
  • DOI: 10.1016/j.phytochem.2017.03.003
  • 査読あり
• [雑誌論文] Molecular Characterization of LjSWEET3, a Sugar Transporter in Nodules of Lotus japonicus (2017)
  • 著者名/発表者名: Akifumi Sugiyama, Yuka Saida, Mayuko Yoshimizu, Kojiro Takanashi, Davide Sosso, Wolf B Frommer, Kazufumi Yazaki
  • 雑誌名: Plant and Cell Physiology 巻: 58 ページ: 298-306
  • DOI: 10.1093/pcp/pcw190
  • 査読あり / 国際共著 / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Identification and Characterization of Daurichromenic Acid Synthase Active in Anti-HIV Biosynthesis (2017)
  • 著者名/発表者名: Iijima Miu、Munakata Ryosuke、Takahashi Hironobu、Kenmoku Hiromichi、Nakagawa Ryuichi、Kodama Takeshi、Asakawa Yoshinori、Abe Ikuro、Yazaki Kazufumi、Kurosaki Fumiya、Taura Futoshi
  • 雑誌名: Plant Physiology 巻: 174 号: 4 ページ: 2213-2230
  • DOI: 10.1104/pp.17.00586
  • 査読あり
• [雑誌論文] Insights into Land Plant Evolution Garnered from the Marchantia polymorpha Genome. (2017)
  • 著者名/発表者名: Bowman J, Kouchi T,..(106名）..Yokoyama R, ..(4名)
  • 雑誌名: Cell 巻: 171 号: 2 ページ: 287-304
  • DOI: 10.1016/j.cell.2017.09.030
  • NAID: 120006353839
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [学会発表] 気候変動への適応に向けた植物・大気科学の展望 (2018)
  • 著者名/発表者名: 矢崎一史
  • 学会等名: 第52回植物バイテクシンポジウム
  • 招待講演
• [学会発表] 植物の特異的スマートセルとその制御戦略 (2018)
  • 著者名/発表者名: 矢崎一史
  • 学会等名: 関西スマートセルフォーラム2018、第2回セミナー
  • 招待講演
• [学会発表] スマートセルによる有用物質生産系開発の新たな展開 (2018)
  • 著者名/発表者名: 矢崎一史
  • 学会等名: 第36回日本植物細胞分子生物学会
  • 招待講演
• [学会発表] Shikonin production of Lithospermum erythrorhizon, a model system of secondary metabolic lipids in plants (2018)
  • 著者名/発表者名: Kazufumi Yazaki
  • 学会等名: The 23rd International Symposium on Plant Lipids (ISPL) 2018
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] カワラヨモギのフェニルプロパン特異的プレニル化酵素は連続的プレニル化を触媒する (2017)
  • 著者名/発表者名: 棟方涼介、竹村知陽、杉山暁史、鈴木秀幸、關 光、村中俊哉、河野典明、吉松嘉代、河原信雄、山浦高夫、Alain Hehn、矢崎一史
  • 学会等名: 第59回日本植物生理学会
• [学会発表] Characterization of Geranyl Diphosphate Synthase (GPPS) in Lithospermum erythrorhizon (2017)
  • 著者名/発表者名: Ueoka, H., Miyawaki, T., Sasaki, K., Ichino, T., Yamamoto, K., Ohara, K., Sakurai, N., Suzuki, H., Shitaba, D., Yazaki, K.
  • 学会等名: JSBBA KANSAI 4th Student Forum
• [学会発表] Functional analysis of geranyl diphosphate synthase localized in cytosol in Lithospermum erythrorhizon (2017)
  • 著者名/発表者名: Ueoka, H., Miyawaki, T., Sasaki, K., Ichino, T., Yamamoto, K., Ohara, K., Sakurai, N., Suzuki, H., Shitaba, D., Yazaki, K.
  • 学会等名: The 2nd Asia Research Node Symposium on Humanosphere Science
• [図書] 基礎から学ぶ植物代謝生化学 (2018)
  • 著者名/発表者名: （編集）水谷正治、士反伸和、杉山暁史
  • 総ページ数: 328
  • 出版者: 羊土社
  • ISBN: 9784758120906
• [備考] 森林圏遺伝子統御分野 矢崎研究室
  • URL: http://www.rish.kyoto-u.ac.jp/lpge/