菌類が関わる共生・寄生における化学コミュニケーションの解明

2019 年度 実績報告書

• 研究領域: 化学コミュニケーションのフロンティア
• 研究課題/領域番号: 17H06402
• 研究機関: 静岡大学
• 研究代表者: 河岸 洋和 静岡大学, グリーン科学技術研究所, 教授 (70183283)
• 研究分担者: 鈴木 智大 宇都宮大学, バイオサイエンス教育研究センター, 准教授 (10649601) ; 稲井 誠 静岡県立大学, 薬学部, 講師 (20621626)
• 研究期間 (年度): 2017-06-30 – 2022-03-31
• キーワード: フェアリーリング / マコモタケ / 冬虫夏草

研究実績の概要

「菌類が関わる共生・寄生における化学コミュニケーションの解明」のため，３つの課題を行った。
1）フェアリーリングにおける植物とキノコの化学コミュニケーション：　芝生が輪状に周囲より色濃く繁茂し，後にその輪の上にキノコが発生する現象は「フェアリーリング」と呼ばれている。研究代表者らはフェアリーリング形成菌コムラサキシメジからシバ成長制御物質， AHXとICA，そしてAHXの植物体内での代謝産物AOHを発見した。その後，これら３化合物は調べた全ての植物にも内生していることを証明し，その生合成がプリン代謝における新しい経路によることを明らかにした。今年度は，植物におけるICAの新規代謝産物と代謝経路を発見した。さらに，コムラサキシメジのゲノム解析から植物との相互作用に関わる遺伝子の候補を推定した。
2）マコモタケにおける化学コミュニケーション：　イネ科植物マコモに黒穂菌が感染すると共生が始まり，菌糸が蔓延する部分は異常に肥大する。この肥大部分は，マコモタケと称し食されている。マコモタケは，花芽が形成されず実がならない。このことは，未知の制御物質が共生部分の肥大化と不稔を起こすと推定される。今年度は，マコモタケの全生育ステージのサンプルからRNAを抽出し，RNA-Seqを行った。さらに既に公開されているマコモタケ由来の黒穂菌のゲノム情報を利用し，全生育ステージの黒穂菌由来遺伝子の発現差解析を行った。
3) 冬虫夏草における化学コミュニケーション：　冬虫夏草とは，菌が昆虫などに感染し，最終的に昆虫体内から子実体が発生するものの総称である。感染メカニズムは未だ明らかになっていない。今年度は，サナギタケ由来のレクチンの相互作用解析をBiacoreを用いて検討した。さらに本レクチンが認識する宿主（蛹）の性特異的貯蔵タンパク質（SP2）の糖鎖構造解析を行った。

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

３課題の全てにおいて以下のように概ね順調に進行している。
1）フェアリーリングにおける植物とキノコの化学コミュニケーション：　今年度は，植物におけるICAの新規代謝産物と代謝経路を発見した（Org.Lett. 21, 7841-7845, 2019, Sci. Rep. 9, 9899, 2019.）。さらに，コムラサキシメジのゲノム解析から植物との相互作用に関わる遺伝子の候補を推定した（Sci. Rep. 9, 5888, 2019）。
2）マコモタケにおける化学コミュニケーション：　今年度は，マコモタケ（マコモ-黒穂菌共存体）の全生育ステージ（7月～10月まで）のサンプルからRNAを抽出し，次世代シーケンサーを用いたRNA-Seqを行った。さらに既に公開されているマコモタケ由来の黒穂菌のゲノム情報を利用し，上記の全生育ステージの黒穂菌由来遺伝子の発現差解析を行った（投稿準備中）。
3) 冬虫夏草における化学コミュニケーション：　冬虫夏草とは，菌が昆虫などに感染し，最終的に昆虫体内から子実体が発生するものの総称である。感染メカニズムは未だ明らかになっていない。今年度は，冬虫夏草（サナギタケ）由来のレクチンの相互作用解析をBiacoreを用いて検討した。さらに本レクチンが認識する宿主（蛹）の性特異的貯蔵タンパク質（SP2）の糖鎖構造解析を行うため，ペプチドN-グリカナーゼを用いた糖鎖の切り出し処理を行い，切り出し処理後のSP2タンパク質は、サナギタケレクチンに対する認識が著しく低下することを明らかにした（投稿準備中）。

今後の研究の推進方策

昨年度に引き続き，以下の研究を行う。
1）フェアリーリングにおける植物とキノコの化学コミュニケーション：　FCsのさらなる推定経路を証明するために，その経路上の推定代謝産物を合成し，コムラサキシメジ，イネなどを用いてその存在の有無をLC-MS/MSによって検証する。また，FCsを処理したイネからFCsの代謝産物を単離・精製し，構造を決定し，それらの化合物の植物中での内生の有無を確認する。また，得られた生合成関連化合物の植物中での内生を確認するため，LC-MS/MSにおける分析条件を確立したため，それを用いて，各種植物の内生量を定量する。FCs関連化合物の生合成・代謝に関わる酵素を精製し，構造や諸性質を明らかにする。さらにこれらの酵素を異種発現し，その生体内での機能を明らかにする。
2）マコモタケ（植物と菌との共生体）における化学コミュニケーション：　黒穂菌からの機能性物質の探索を行う。これまで得られている新規物質の絶対配置を，合成化学的手法を駆使して決定する。さらに，これらの物質のマコモの成長に関する効果を検討する。また，マコモタケ中の全生育ステージにおける黒穂菌由来遺伝子の発現差解析を行い，共生・共存が成立する過程を遺伝子レベルでの解明を試みる。
3) 冬虫夏草における化学コミュニケーション： サナギタケ由来のレクチンと宿主（蛹）におけるレクチン結合物質の性特異的貯蔵タンパク質（SP2）の生体内での相互作用を詳細に検討する。

研究成果

• [国際共同研究] University of Pavia(イタリア)
  • 国名: イタリア
  • 外国機関名: University of Pavia
• [雑誌論文] Plant growth regulators and axl and immune checkpoint inhibitors from the wdible mushroom Leucopaxillus giganteus (2020)
  • 著者名/発表者名: 1)Malya, I. Y., Wu, J., Harada, E., Toda, M., D’Alessandro-Gabazza, C., Yasuma,T., Gabazza, E. C., Choi, J-H., Hirai, H., Kawagishi, H.
  • 雑誌名: Biosci. Biotechnol. Biochem. 巻: - ページ: -
  • DOI: doi.org/10.1080/09168451.2020.1743170
  • 査読あり
• [雑誌論文] A biomimetic synthesis of chaxine and its related compounds (2020)
  • 著者名/発表者名: Niki, M., Hirata, Y., Nakazaki, A., Wu, J., Kawagishi, H., Nishikawa, T.
  • 雑誌名: J. Org. Chem. 巻: 85 ページ: 4848-4860
  • DOI: 10.1021/acs.joc.9b03482
  • 査読あり
• [雑誌論文] A Staphylococcus pro-apoptotic peptide induces acute exacerbation of pulmonary fibrosis (2020)
  • 著者名/発表者名: D’Alessandro-Gabazza, C., NWu, J., Kawagishi, H., Gabazza, E. et al.
  • 雑誌名: Nature Commun. 巻: 11 ページ: -
  • DOI: doi.org/10.1038/s41467-020-15344-3
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Inhibition of cholesteryl ester synthesis by polyacetylenes from Atractylodes rhizome (2020)
  • 著者名/発表者名: Nur, A. A. E., Ohshiro, T., Kobayashi, K., Wu, J., Wahyudin, E., Zhang, F., Hayashi, F., Kawagishi, H., Tomoda, H.
  • 雑誌名: Bioorg. Med. Chem. Lett. 巻: 30 ページ: -
  • DOI: 10.1016/j.bmcl.2020.126997
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] The complete mitochondrial genome sequence of the edible mushroom Stropharia rugosoannulata (Strophariaceae, Basidiomycota) (2019)
  • 著者名/発表者名: Suzuki, T., Ono, A., Choi, J-H., Wu, J., Kawagishi, H., Dohra, H.
  • 雑誌名: Mitochondrial DNA Part B: Res. 巻: 4 ページ: 570-572
  • DOI: doi.org/10.1080/23802359.2018.1558120
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Effects of glucose concentration on ethanol fermentation of white-rot fungus Phanerochaete sordida YK-624 under aerobic conditions (2019)
  • 著者名/発表者名: Mori, T., Kondo, O., Kawagishi, H., Hirai, H.
  • 雑誌名: Curr. Microbiol. 巻: 76 ページ: 263-269
  • DOI: doi.org/10.1007/s00284-018-01622-3
  • 査読あり
• [雑誌論文] Identification of the cytochrome P450 involved in the degradation of neonicotinoidinsecticide acetamiprid in Phanerochaete chrysosporium (2019)
  • 著者名/発表者名: Wang, J., Ohno, H., Ide, Y., Ichinose, H., Mori, T., Kawagishi, H., Hirai, H.
  • 雑誌名: J. Hazard. Mater. 巻: 371 ページ: 494-498
  • DOI: 10.1016/j.jhazmat.2019.03.042
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Erinachromanes A and B, and erinaphenol A from the culture broth of Hericium erinaceus. (2019)
  • 著者名/発表者名: Wu, J., Uchida, K., Ridwan, Y. A., Kondo, M., Choi, J-H., Hirai, H., Kawagishi, H.
  • 雑誌名: J. Agric. Food Chem. 巻: 67 ページ: 3134-3139
  • DOI: 10.1021/acs.jafc.8b06050
  • 査読あり
• [雑誌論文] Hericium erinaceus improves recognition memory and induces hippocampal and cerebellar neurogenesis in frail mice during aging (2019)
  • 著者名/発表者名: Ratto, D., Corana, F., Mannucci, B., Priori, E. C., Cobelli, F., Roda, E., Ferrari, B., Occhinegro, A., Iorio, C. D., Luca, F. D., Cesaroni, V., Girometta, C., Bottone, M. G., Savino, E., Kawagishi, H., Rossi, P.
  • 雑誌名: Nutrients 巻: 11 ページ: -
  • DOI: 10.3390/nu11040715
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Genome sequence analysis of the fairy ring-forming fungus Lepista sordida and gene candidates for interaction with plants (2019)
  • 著者名/発表者名: Takano, T., Yamamoto, N., Suzuki, T., Dohra, H., Choi, J-H., Terashima, Y., Yokoyama, K., Kawagishi, H., Yano, K.
  • 雑誌名: Sci. Rep. 巻: 9 ページ: -
  • DOI: doi.org/10.1038/s41598-019-42231-9
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Effect on growth, sugar consumption, and aerobic ethanol fermentation of homologous expression of the sugar transporter gene Pshxt1 in the white rot fungus Phanerochaete sordida YK-624 (2019)
  • 著者名/発表者名: Mori, T., Kondo, O., Masuda, A., Kawagishi, H., Hirai, H.
  • 雑誌名: J. Biosci. Bioeng. 巻: 128 ページ: 537-543
  • DOI: doi.org/10.1016/j.jbiosc.2019.04.016
  • 査読あり
• [雑誌論文] A fairy chemical, imidazole-4-carboxamide, is produced on a novel purine metabolic pathway in rice (2019)
  • 著者名/発表者名: Takemura, H., Choi, J-H., Matsuzaki, N., Taniguchi, Y., Wu, J., Hirai, H., Motohashi1, R., Asakawa, T., Ikeuchi, K., Inai, M., Kan, T., Kawagishi, H.
  • 雑誌名: Sci. Rep. 巻: 9 ページ: -
  • DOI: doi.org/10.1038/s41598-019-46312-7
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Biotransformation and detoxification of the neonicotinoid insecticides nitenpyram and dinotefuran by Phanerochaete sordida YK-624 (2019)
  • 著者名/発表者名: Wang, J., Tanaka, Y., Ohno, H., Jia, J., Mori, T., Xiao, T., Yan, B., Kawagishi, H., Hirai, H.
  • 雑誌名: Environ. Pollut. 巻: 252 ページ: 856-862
  • DOI: doi.org/10.1016/j.envpol.2019.06.022
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Draft genome sequence of Buttiauxella sp. A111 that converts 2-azahypoxanthine to 2-aza-8-oxohypoxanthine (2019)
  • 著者名/発表者名: Choi, J-H., Moriuchi, R., Sukprasitchai, A., Tokuyama, S., Kawagishi, H., Dohra, H.
  • 雑誌名: Microbiol. Res. Announc. 巻: 8 ページ: e00664-19
  • DOI: doi.org/10.1128/MRA.00664-19
  • 査読あり
• [雑誌論文] Ribosides and ribotide of a fairy chemical, imidazole-4-carboxamide, as its metabolites in rice (2019)
  • 著者名/発表者名: Choi, J-H., Matsuzaki, N., Wu, J., Kotajima, M., Hirai, H., Kondo, M., Asakawa, T., Inai, M., Ouchi, H., Kan, T., Kawagishi, H.
  • 雑誌名: Org.Lett. 巻: 21 ページ: 7841-7845
  • DOI: 10.1021/acs.orglett.9b02833
  • 査読あり
• [雑誌論文] Efficient reconstitution of Basidiomycota diterpene erinacine gene cluster in Ascomycota host Aspergillus oryzae based on genomic DNA sequences (2019)
  • 著者名/発表者名: Liu, C., Minami, A., Ozaki, T., Wu, J., Kawagishi, H., Maruyama, J., Oikawa, H.
  • 雑誌名: J. Am. Chem. Soc. 巻: 141 ページ: 15519-15523
  • DOI: 10.1021/jacs.9b08935
  • 査読あり
• [雑誌論文] Array of bioactive metabolites in Italian Hericium erinaceus mycelium, primordium and sporophore (2019)
  • 著者名/発表者名: Corana, F., Cesaroni, V., Mannucci, B., Baiguera, R. M., Picco M. A., Savino, E., Ratto, D., Priori, C., Kawagishi, H., Girometta, C. E., Rossi, P.
  • 雑誌名: Molecules 巻: 24 ページ: -
  • DOI: doi.org/10.3390/molecules24193511
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] The complete mitochondrial genome sequence of the edible mushroom Stropharia rugosoannulata. (2019)
  • 著者名/発表者名: Suzuki, T., Ono, A., Choi, J-H., Wu, J., Kawagishi, H., Dohra, H.
  • 雑誌名: Mitochondrial DNA Part B. 巻: 4 ページ: 570-572
  • DOI: doi.org/10.1080/23802359.2018.1558120
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] The complete mitochondrial genome sequence of the medicinal fungus Inonotus obliquus (Hymenochaetaceae, Basidiomycota) (2019)
  • 著者名/発表者名: Agnestisia, R., Ono, A., Nakamura, L., Chino, R., Nodera, K., Aiso-Sanada, H., Nezu, I., Ishiguri, F., Suzuki, T., Yokota, S.
  • 雑誌名: Mitochondrial DNA Part B. 巻: 4 ページ: 3504-3506
  • DOI: /doi.org/10.1080/23802359.2019.1675548
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Transdermal delivery of nobiletin using ionic liquids (2019)
  • 著者名/発表者名: Hattori, T., Tagawa, H., Inai, M., Kan, T., Kimura S., Itai, S., Mitragotri, S., Iwao, Y.
  • 雑誌名: Sci. Rep. 巻: 9 ページ: -
  • DOI: 10.1038/s41598-019-56731-1
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Piperidine and azetidine formation by direct cyclization of diols with N-nonsubstituted sulfonamide under the Mitsunobu conditions utilizing (cyanomethylene)tributylphosphorane (CMBP) and its application to the synthesis of lupinine (2019)
  • 著者名/発表者名: Kaku, H., Sonoda, Y., Hishida, H., Taniguchi, Y., Kubo, A., Hamaguchi, T., Horikawa, M., Inai, M., Kitamura, K., Tsunoda, T.
  • 雑誌名: Heterocycles 巻: 98 ページ: 1525-1535
  • DOI: 10.3987/COM-19-14171
  • 査読あり
• [雑誌論文] Diastereodivergent and regiodivergent total synthesis of princepin and isoprincepin in both (7"R,8"R) and (7"S,8"S) isomers (2019)
  • 著者名/発表者名: Kobayashi, M., Ueno, H., Yoshida, N., Ouchi, H., Asakawa, T., Yoshimura, F., Inai, M., Kan, T.
  • 雑誌名: J. Org. Chem. 巻: 84 ページ: 14227-14240
  • DOI: 10.1021/acs.joc.9b01965
  • 査読あり
• [雑誌論文] Concise synthesis of TAN1251C (2019)
  • 著者名/発表者名: Nagasaka, Y., Asakawa, T., Shintaku, S., Masuda, A., Matsumura, K., Inai, M., Ishikawa, Y., Egi, M., Hamashima, Y., Kan, T.
  • 雑誌名: Heterocycles 巻: 99 ページ: 1095-1116
  • DOI: 10.3987/COM-18-S(F)78
  • 査読あり
• [雑誌論文] Practical synthesis of polymethylated flavones: nobiletin and its desmethyl derivative (2019)
  • 著者名/発表者名: Asakawa, T., Sagara, H., Kanakogi, M., Hiza, A., Tsukaguchi, Y., Ogawa, T., Nakayama, M., Ouchi, H., Inai, M., Kan, T.
  • 雑誌名: Org. Process Res. Dev. 巻: 23 ページ: 595-602
  • DOI: doi.org/10.1021/acs.oprd.9b00091
  • 査読あり
• [雑誌論文] Are fairy chemicals a new family of plant hormones? (2019)
  • 著者名/発表者名: Kawagishi, H.
  • 雑誌名: Proc. Jpn. Acad., Ser. B, 巻: 95 ページ: 29-38
  • DOI: 10.2183/pjab.95.003
  • 査読あり / オープンアクセス
• [学会発表] キノコからの医薬候補物質の探索とその将来性 (2019)
  • 著者名/発表者名: 河岸洋和
  • 学会等名: 第８回食品薬学シンポジウム
  • 招待講演
• [図書] Green Science and Technology (2019)
  • 著者名/発表者名: Park, E. Y., Saito, T., Kawagishi, H. and Hara, M.
  • 総ページ数: 343
  • 出版者: CRC press
  • ISBN: 9780367415136
• [備考]
  • URL: https://www.agr.shizuoka.ac.jp/c/biochem/index.html
• [産業財産権] 動物細胞の細胞賦活剤 (2019)
  • 発明者名: 青島央江，河岸洋和
  • 権利者名: ビタミンＣ６０バイオリサーチ株式会社，静岡大学
  • 産業財産権種類: 特許
  • 産業財産権番号: 特願2019-105950
• [産業財産権] 抗癌剤耐性抑制剤 (2019)
  • 発明者名: 原田栄津子，ガバザエステバン，河岸洋和
  • 権利者名: 株式会社岩出菌学研究所，三重大学，静岡大学
  • 産業財産権種類: 特許
  • 産業財産権番号: 特願2019-105950
• [産業財産権] 抗癌剤耐性抑制剤 (2019)
  • 発明者名: 原田栄津子，ガバザエステバン，河岸洋和
  • 権利者名: 株式会社岩出菌学研究所，三重大学，静岡大学
  • 産業財産権種類: 特許
  • 産業財産権番号: 特願2019-151529