植物の希少セスキテルペノイド生合成システムの再構築

• 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: 17H05442
• 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: 大阪大学
• 研究代表者: 関 光 大阪大学, 工学研究科, 准教授 (30392004)
• 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: 7,540千円 (直接経費: 5,800千円、間接経費: 1,740千円); 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: 3,770千円 (直接経費: 2,900千円、間接経費: 870千円)
• キーワード: 植物セスキテルペノイド / 生合成 / セスキテルペン環化酵素 / シトクロムP450モノオキシゲナーゼ / 組換え酵母

研究実績の概要

1. Guaianolide Sesquiterpene Lactones（GSL）生合成経路の再構築：Guaianolide Sesquiterpene Lactones（GSL）は、5員環-7員環-ラクトン環が縮合した基本構造を持つ植物セスキテルペノイドの一グループであり、がん幹細胞に対する選択的な細胞毒性を発揮する化合物を含むことが報告されている。本研究では、組換え酵母内におけるGSL生合成経路の再構築を目指して、植物トランスクリプトームデータから候補となる生合成酵素遺伝子を探索し機能を解析した。シャムジンコウのセスキテルペン環化酵素、レタスのシトクロムP450モノオキシゲナーゼ、クソニンジン由来アルコールデヒドロゲナーゼおよびアルデヒドデヒドロゲナーゼを組換え酵母内で組み合わせることでGSLの前駆体となりうるδ-guaianoic acidのde novo合成に成功した。次に、ラクトン環形成に関わる酵素遺伝子の候補をシナジンコウおよびThapsia garganicaからマイニングし、計9種の候補P450の酵素機能を解析した。その結果、1種はδ-guaieneに対する酸化活性を示し13-hydroxy-δ-guaieneを、もう一種は11,12-epoxy-7-hydroxy-δ-guaieneを生成物として与えることが判明した。残りのうち4種は上記とは異なる構造未同定のδ-guaiene水酸化体を生成物として与えることが判明した。
２. ヨモギ属植物が生産する希少セスキテルペノイド生合成経路の再構築：多様なセスキテルペノイドを生産するヨモギ属に着目し生合成関連酵素を探索した。ミブヨモギから4-Amorphen-11-ol合成酵素を、A. abrotanumから7-epi-silphiperfol-5-ene合成酵素を、新規セスキテルペン合成酵素として同定した。

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] ベトナム科学技術アカデミー(ベトナム)
• [雑誌論文] Transcriptome sequencing and identification of cytochrome P450 monooxygenases involved in the biosynthesis of maslinic acid and corosolic acid in <i>Avicennia marina</i> (2018)
  • 著者名/発表者名: Nakamura M, Tran ML, Le QL, Suzuki H, Nguyen CM, Vu HG, Tamura K, Nguyen VT, Suzuki H, Misaki R, Muranaka T, Ninh KB, Fujiyama K, Seki H*
  • 雑誌名: Ｐｌａｎｔ Ｂｉｏｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ 巻: 35 号: 4 ページ: 341-348
  • DOI: 10.5511/plantbiotechnology.18.0810a
  • NAID: 130007599213
  • ISSN: 1342-4580, 1347-6114
  • 年月日: 2018-12-25
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Comparative analysis of CYP716A subfamily enzymes for the heterologous production of C-28 oxidized triterpenoids in transgenic yeast (2018)
  • 著者名/発表者名: Suzuki H, Fukushima E.O, Umemoto N, Ohyama K, Seki H, Muranaka T
  • 雑誌名: Ｐｌａｎｔ Ｂｉｏｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ 巻: 35 号: 2 ページ: 131-139
  • DOI: 10.5511/plantbiotechnology.18.0416a
  • NAID: 130007393760
  • ISSN: 1342-4580, 1347-6114
  • 年月日: 2018-06-25
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] The Basic Helix-Loop-Helix Transcription Factor GubHLH3 Positively Regulates Soyasaponin Biosynthetic Genes in Glycyrrhiza uralensis (2018)
  • 著者名/発表者名: Tamura Keita、Yoshida Koki、Hiraoka Yasuko、Sakaguchi Daiki、Chikugo Ayaka、Mochida Keiichi、Kojoma Mareshige、Mitsuda Nobutaka、Saito Kazuki、Muranaka Toshiya、Seki Hikaru
  • 雑誌名: Plant and Cell Physiology 巻: 59 号: 4 ページ: 778-791
  • DOI: 10.1093/pcp/pcy046
  • 査読あり
• [雑誌論文] Isolation and Characterization of the Soybean Sg-3 Gene that is Involved in Genetic Variation in Sugar Chain Composition at the C-3 Position in Soyasaponins (2018)
  • 著者名/発表者名: Yano Ryoichi、Takagi Kyoko、Tochigi Saeko、Fujisawa Yukiko、Nomura Yuhta、Tsuchinaga Hiroki、Takahashi Yuya、Takada Yoshitake、Kaga Akito、Anai Toyoaki、Tsukamoto Chigen、Seki Hikaru、Muranaka Toshiya、Ishimoto Masao
  • 雑誌名: Plant and Cell Physiology 巻: 59 号: 4 ページ: 792-805
  • DOI: 10.1093/pcp/pcy019
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Plant-derived isoprenoid sweeteners: recent progress in biosynthetic gene discovery and perspectives on microbial production (2018)
  • 著者名/発表者名: Seki Hikaru、Tamura Keita、Muranaka Toshiya
  • 雑誌名: Bioscience, Biotechnology, and Biochemistry 巻: in press 号: 6 ページ: 927-934
  • DOI: 10.1080/09168451.2017.1387514
  • 査読あり
• [雑誌論文] Identification and characterization of a novel sesquiterpene synthase, 4-amorphen-11-ol synthase, from Artemisia maritima (2018)
  • 著者名/発表者名: Muangphrom P, Seki H, Matsumoto S, Nishiwaki M, Fukushima EO, Muranaka T
  • 雑誌名: Plant Biotechnology 巻: in press
  • NAID: 130007393777
  • 査読あり
• [雑誌論文] Revealing the catalytic residues of amorpha-4,11-diene synthase (ADS): new insight for engineering terpene synthases (2017)
  • 著者名/発表者名: Muangphrom Paskorn、Seki Hikaru、Muranaka Toshiya
  • 雑誌名: Biotarget 巻: － ページ: 19-19
  • DOI: 10.21037/biotarget.2017.12.03
  • 査読あり
• [学会発表] 植物由来有用化合物の組換え酵母での生産 ～植物科学者が思う「こんな酵母があったらな、、」 (2019)
  • 著者名/発表者名: 關 光
  • 学会等名: 第86回酵母研究会
  • 招待講演
• [学会発表] 植物トリテルペノイドの機能とその代謝制御 (2018)
  • 著者名/発表者名: 關 光
  • 学会等名: 理研シンポジウム
  • 招待講演
• [学会発表] 植物の希少セスキテルペノイド生合成システムの再構築 (2018)
  • 著者名/発表者名: 關 光
  • 学会等名: 新学術領域研究「生合成リデザイン」第５回公開シンポジウム
  • 招待講演
• [学会発表] Functional analysis of amorpha-4,11-diene synthase (ADS) homologs from non-artemisinin-producing Artemisia species: the discovery of novel koidzumiol and (+)-α-bisabolol synthases (2017)
  • 著者名/発表者名: Muangphrom P, Seki H, Suzuki M, Komori A, Nishiwaki M, Mikawa R, Fukushima EO, Muranaka T
  • 学会等名: Terpnet 2017
  • 国際学会
• [学会発表] Heterologous production of antimalarial precursor amorpha-4,11-diene in Artemisia absinthium L. callus (2017)
  • 著者名/発表者名: Setiawan A, Muangphrom P, Fukushima EO, Seki H, Muranaka T
  • 学会等名: 第35回日本植物細胞分子生物学会大会