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植物病原菌が生産するペプチド系化合物の構造多様性創出機構の解析

公募研究

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 19H04635
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
研究機関北海道大学

研究代表者

尾崎 太郎  北海道大学, 理学研究院, 助教 (40709060)

研究期間 (年度) 2019-04-01 – 2021-03-31
研究課題ステータス 完了 (2020年度)
配分額 *注記
7,540千円 (直接経費: 5,800千円、間接経費: 1,740千円)
2020年度: 3,770千円 (直接経費: 2,900千円、間接経費: 870千円)
2019年度: 3,770千円 (直接経費: 2,900千円、間接経費: 870千円)
キーワード生合成 / ペプチド / 抗生物質
研究開始時の研究の概要

リボソームペプチドは、遺伝子の転写と翻訳による前駆体合成と翻訳後修飾により生合成されるペプチド系天然有機化合物の一群であり、顕著な生物活性を示す化合物が多い魅力的な化合物群である。微生物ではバクテリアで盛んに研究されているが、カビにおける例は少なく詳細な解析例はustiloxin Bのみである。本研究では、植物病原性糸状菌が生産するphomopsin A等、他の生合成経路が未解明の化合物についても、生合成遺伝子の異種発現や生合成酵素の生化学解析により明らかにする。それにより、カビが生産するリボソームペプチドの構造多様性創出機構を解明する。

研究実績の概要

本研究課題では、糸状菌由来リボソームペプチド (RiPPs) の構造多様性創出機構に焦点をあてている。具体的には、①ホモプシンA (1) などの糸状菌由来RiPPsや②糸状菌由来非リボソームペプチド (NRP) ・シクロクロロチン (2) の生合成研究を行い、これらの化合物の生合成におけるペプチドの修飾機構を解明する。化合物2はNRPに分類されるが、糸状菌由来RiPPsの生合成に関わるDUF3328遺伝子のホモログがペプチドの修飾に関与すると推測し、対象とした。今年度は①、②について研究を行った。
化合物1の生合成については、前年度に確立した生産菌の形質転換法を用いて、生合成遺伝子のノックアウト株を構築した。各形質転換体の代謝産物の解析により、化合物1が有するデヒドロアミノ酸の生合成やチロシン残基のハロゲン化に関わる遺伝子を明らかにした。
また、化合物2についても同様に、生産菌内での標的遺伝子のノックアウトにより機能解析を進めた。生合成遺伝子クラスターに存在する3種のDUF3328遺伝子がそれぞれ、ハロゲン化、分子内アシル基転移、水酸化に関わることを明らかにした。これらの結果は、麹菌を宿主とする異種発現実験の結果からも支持された。
従来、DUF3328遺伝子は糸状菌由来RiPPsの生合成における酸化的環化・水酸化反応に関わることが知られていた。本研究により、DUF3328が上記の反応以外にハロゲン化など多様な機能を持つ酵素を含む一群であることが示唆された。また、DUF3328がNRPの修飾に関わることも示した。これにより、DUF3328がRiPPsだけでなく様々な化合物の修飾に関与することが示唆された。

現在までの達成度 (段落)

令和2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

令和2年度が最終年度であるため、記入しない。

報告書

(2件)
  • 2020 実績報告書
  • 2019 実績報告書
  • 研究成果

    (9件)

すべて 2021 2020 2019 その他

すべて 国際共同研究 (1件) 雑誌論文 (1件) (うち国際共著 1件、 査読あり 1件) 学会発表 (7件) (うち招待講演 1件)

  • [国際共同研究] 北京大学深セン大学院(中国)

    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
  • [雑誌論文] Biosynthesis of Cyclochlorotine: Identification of the Genes Involved in Oxidative Transformations and Intramolecular O,N-Transacylation2021

    • 著者名/発表者名
      Jiang Yulu、Ozaki Taro、Liu Chengwei、Igarashi Yuya、Ye Ying、Tang Shoubin、Ye Tao、Maruyama Jun-ichi、Minami Atsushi、Oikawa Hideaki
    • 雑誌名

      Organic Letters

      巻: 23 号: 7 ページ: 2616-2620

    • DOI

      10.1021/acs.orglett.1c00525

    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
    • 査読あり / 国際共著
  • [学会発表] Identification of tailoring enzymes in the biosynthesis of cyclochlorotine2021

    • 著者名/発表者名
      Yulu Jiang, Taro Ozaki, Chengwei Liu, Yuya Igarashi, Ying Ye, Jun-ichi Maruyama, Atsushi Minami, Hideaki Oikawa
    • 学会等名
      日本農芸化学会2021年度大会
    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
  • [学会発表] 糸状菌由来リボソームペプチドphomopsin Aの翻訳後修飾反応の解析2021

    • 著者名/発表者名
      曽ケ端花帆、五十嵐祐也、尾﨑太郎、劉成偉、南篤志、及川英秋
    • 学会等名
      日本農芸化学会2021年度大会
    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
  • [学会発表] Biosynthesis study of mycotoxin cyclochlorotine2021

    • 著者名/発表者名
      Yulu Jiang, Taro Ozaki, Chengwei Liu, Yuya Igarashi, Ying Ye, Jun-ichi Maruyama, Atsushi Minami, Hideaki Oikawa
    • 学会等名
      日本化学会第101春季年会(2021)
    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
  • [学会発表] 糸状菌由来ペプチド系マイコトキシンphomopsin Aの生合成研究 -3-2021

    • 著者名/発表者名
      曽ケ端花帆、五十嵐祐也、尾﨑太郎、劉成偉、南篤志、及川英秋
    • 学会等名
      日本化学会第101春季年会(2021)
    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
  • [学会発表] 糸状菌由来ペプチド系マイコトキシンphomopsin Aの生合成研究 -2-2020

    • 著者名/発表者名
      曽ケ端 花帆、五十嵐 祐也、尾﨑 太郎、劉 成偉、南 篤志、及川 英秋
    • 学会等名
      日本化学会第100春季年会
    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
  • [学会発表] 植物病原菌が生産するペプチド系化合物の構造多様性創出機構の解析2019

    • 著者名/発表者名
      尾﨑 太郎
    • 学会等名
      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「生合成リデザイン」第7回公開シンポジウム
    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] 糸状菌由来ペプチド系マイコトキシンのphomopsin Aの全生合成研究2019

    • 著者名/発表者名
      曽ケ端 花帆、五十嵐 祐也、尾﨑 太郎、劉 成偉、南 篤志、及川 英秋
    • 学会等名
      日本化学会北海道支部 2019年夏季研究発表会
    • 関連する報告書
      2019 実績報告書

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公開日: 2019-04-18   更新日: 2021-12-27  

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