メタボロミクスによる植物成分生合成のゲノムマイニング

2014 年度 実績報告書

• 研究領域: 生合成マシナリー：生物活性物質構造多様性創出システムの解明と制御
• 研究課題/領域番号: 22108008
• 研究機関: 千葉大学
• 研究代表者: 齊藤 和季 千葉大学, 薬学研究科(研究院), 教授 (00146705)
• 研究分担者: 山崎 真巳 千葉大学, 薬学研究科(研究院), 准教授 (70222370)
• 研究期間 (年度): 2010-04-01 – 2015-03-31
• キーワード: 生合成 / 植物二次代謝 / メタボロミクス / 統合オミクス

研究実績の概要

植物の持つ天然物生合成のゲノム基盤を、メタボロミクスを基盤とした統合オミクスによって解明する事を目的とする。特に、臨床的に用いられている抗がん成分カンプトテシンや血糖低下作用を有するキノリチジンアルカロイドなどのアルカロイド生産植物について、トランスクリプトームおよびメタボロームデータを、次世代シークエンサーおよび高性能質量分析計によって取得、解析する。次に、これらのオミクス統合データについて生合成に必須な遺伝子について生物情報学を駆使したゲノムマイニング手法によって推定する。さらに、組換えタンパク質での生化学的研究や、組換え植物細胞でのin vivo研究によって遺伝子機能を決定する。
当年度は、カンプトテシンを生産する毛状根細胞から得られた2つの転写制御因子について、継続して機能同定の研究を遺伝子発現抑制体の解析により進めた。そのうち1つの転写因子は生合成系を負に制御している可能性が示唆された。また、いくつかのアルカロイド生合成の初発段階に関わるリシン脱炭酸酵素遺伝子について、ヒカゲノカズラ科の植物から酵素特性の良好な遺伝子を単離し、その機能をin vivo, in vitro実験により確定し、進化生物学的な考察を行った。フラボノイド生合成、含硫黄代謝産物生合成遺伝子についてもほぼ同様の手法で遺伝子のマイニングと機能解析を進めた。特に、特異的な生理活性を有する含硫黄二次代謝産物の生合成に関わる2つの酵素遺伝子について詳細な機能同定を進め、生合成系の全体について考察した。

現在までの達成度 (段落)

26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

26年度が最終年度であるため、記入しない。

研究成果

• [雑誌論文] Garlic γ-glutamyl transpeptidases that catalyze deglutamylation of biosynthetic intermediate of alliin. (2015)
  • 著者名/発表者名: Naoko Yoshimoto, Ayami Yabe, Yuka Sugino, Soichiro Murakami, Niti Sai-ngam, Shin-ichiro Sumi, Tadamitsu Tsuneyoshi and Kazuki Saito
  • 雑誌名: Front. Plant Sci. 巻: 5 ページ: 758-758
  • DOI: 10.3389/fpls.2014.00758
  • 査読あり / オープンアクセス / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Structural insight of DNA topoisomerases I from camptothecin-producing plants revealed by molecular dynamics simulations. (2015)
  • 著者名/発表者名: Supaart Sirikantaramas, Arthitaya Meeprasert, Thanyada Rungrotmongkol, Hideyoshi Fuji, Tyuji Hoshino, Hiroshi Sudo, Mami Yamazaki, and Kazuki Saito
  • 雑誌名: Phytochemistry 巻: 印刷中 ページ: 印刷中
  • DOI: 10.1016/j.phytochem.2015.02.012
  • 査読あり / オープンアクセス / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Modern plant metabolomics: Advanced natural product gene discoveries, improved technologies, and future prospects. (2015)
  • 著者名/発表者名: Lloyd W. Sumner, Zhentian Lei, Basil J. Nikolau and Kazuki Saito
  • 雑誌名: Natural Products Reports 巻: 32 ページ: 212-229
  • DOI: 10.1039/c4np00072b.
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] A flavonoid 3-O-glucoside: 2”-O-glucosyltransferase responsible for terminal modification of pollen-specific flavonols in Arabidopsis thaliana. (2014)
  • 著者名/発表者名: Keiko Yonekura-Sakakibara, Ryo Nakabayashi, Satoko Sugawara, Takayuki Tohge, Takuya Ito, Misuzu Koyanagi, Mariko Kitajima, Hiromitsu Takayama, and Kazuki Saito
  • 雑誌名: Plant J. 巻: 79 ページ: 769-782
  • DOI: 10.1111/tpj.12580
  • 査読あり / オープンアクセス / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Revisiting anabasine biosynthesis in tobacco hairy roots expressing plant lysine decarboxylase gene by using 15N-labeled lysine. (2014)
  • 著者名/発表者名: Somnuk Bunsupa, Kana Komastsu, Ryo Nakabayashi, Kazuki Saito, and Mami Yamazaki
  • 雑誌名: Plant Biotech. 巻: 31 ページ: 511-518
  • DOI: 10.5511/plantbiotechnology.14.1008a
  • 査読あり / オープンアクセス / 謝辞記載あり
• [学会発表] Molecular cloning and characterization of AP2/ERF transcription factors possibly involved in camptothecin in biosynthesis in Ophiorrhiza pumila. (2015)
  • 著者名/発表者名: Nirin UDOMSOM, 野老美喜，今井亮輔，斉藤和季，山崎真巳
  • 学会等名: 日本薬学会第135年会
  • 発表場所: 神戸
  • 年月日: 2015-03-25 – 2015-03-28
• [学会発表] ニンニクにおける含硫二次代謝物生合成酵素群の発現部位の解析 (2015)
  • 著者名/発表者名: 吉本尚子，杉野由佳，小寺幸広，恒吉唯充，斉藤和季
  • 学会等名: 第56回日本植物生理学会年会
  • 発表場所: 東京農業大学(東京)
  • 年月日: 2015-03-16 – 2015-03-18
• [学会発表] Convergent Evolution of Plant Lys Decarboxylase: Molecular Cloning and Characterization of Lys Decarboxylase from Clubmosses. (2015)
  • 著者名/発表者名: Somnuk Bunsupa, Kousuke Hanada, Hideki Ueno, Akira Maruyama, Kaori Aoyagi, Kana Komatsu, Madoka Yamashita, Akira Oikawa, Ryousuke Sasaki, Kazuki Saito, Mami Yamazaki
  • 学会等名: 第56回日本植物生理学会年会
  • 発表場所: 東京農業大学(東京)
  • 年月日: 2015-03-16 – 2015-03-18
• [学会発表] ニンニクの含硫二次代謝物アリインの生合成に関わるS酸化酵素遺伝子AsFM01の機能解析 (2014)
  • 著者名/発表者名: 小沼美沙都，吉本尚子，水野新也，中林亮，今井真介，角愼一郎，恒吉唯充，斉藤和季
  • 学会等名: 日本生薬学会第61回年会
  • 発表場所: 福岡大学 (福岡)
  • 年月日: 2014-09-13 – 2014-09-14
• [学会発表] Molecular cloning and characterization of AP2/ERF transcription factors possibly involved in camptothecin biosynthesis in Ophiorrhiza pumila. (2014)
  • 著者名/発表者名: Nirin Udomsom, Miki Tokoro, Ryosuke Imai, Kazuki Saito, Mami Yamazaki
  • 学会等名: 日本生薬学会第61回年会
  • 発表場所: 福岡大学(福岡)
  • 年月日: 2014-09-13 – 2014-09-14
• [学会発表] Cloning and Chracterization of copper amine oxidase from quinolizidine-alkaloid producing Lupinus angustifolius. (2014)
  • 著者名/発表者名: Bunsupa Somnuk, Aoyagi Kaori, Saito Kazuki, Yamazaki Mami
  • 学会等名: 第32回日本植物細胞分子生物学会（盛岡）大会・シンポジウム
  • 発表場所: いわて県民情報交流センター（盛岡）
  • 年月日: 2014-08-21 – 2014-08-22
• [学会発表] Metabolomics-based functional genomics: From Arabidopsis to crops and medicinal plants. (2014)
  • 著者名/発表者名: Kazuki Saito
  • 学会等名: The 3rd International Conference on Plant Metabolism.
  • 発表場所: Xiamen ( China)
  • 年月日: 2014-07-02 – 2014-07-05
  • 招待講演
• [学会発表] Moving into Generalist: Repeated Evolution of Plant Lys Decarboxylase for Alkaloids Production via Promiscuous Activity. (2014)
  • 著者名/発表者名: Somnuk Bunsupa, Kousuke Hanada, Akira Maruyama, Hideki Ueno, Madoka Yamashita, Ryosuke Sasaki, Akira Oikawa, Kazuki Saito, Mami Yamazaki
  • 学会等名: The 3th International Conference on Plant Metabolism
  • 発表場所: Xiamen, China
  • 年月日: 2014-07-02 – 2014-07-05
• [学会発表] Metabolomics-based functional genomics from Arabidopsis to crops and medicinal plants. (2014)
  • 著者名/発表者名: Kazuki Sito
  • 学会等名: ICREA Workshop: From model systems to crops, challenge for a new era in plant biology
  • 発表場所: Barcelona (Spain)
  • 年月日: 2014-05-07 – 2014-05-08
  • 招待講演
• [学会発表] Functional characterization of de-glutamylating and s-oxygenating enzymes for the alliin biosynthesis in garlic. (2014)
  • 著者名/発表者名: Yoshimoto Naoko, Yabe Ayami, Onuma Misato, Sugino Yuka, Nakabayashi Ryo, Ueyama Masae, Kamata Yasuhiro, Imai Shinsuke, Sumi Shin-ichiro, Tsuneyoshi Tadamitsu, Saito Kazuki
  • 学会等名: 9th International Workshop, Sulfur Metabolism in Plants. Molecular Physiology and Ecophysiology of Sulfur
  • 発表場所: Freiburg (Germany)
  • 年月日: 2014-04-14 – 2014-04-17
• [図書] How Plants Avoid the Toxicity of Self-Produced Defense Bioactive Compounds. In: “Natural Products: Discourse, Diversity, and Design" (2014)
  • 著者名/発表者名: 1.Supaart Sirikantaramas, Mami Yamazaki, and Kazuki Saito
  • 総ページ数: 552 (69-87)
  • 出版者: Wiley-Blackwell, Oxford
• [備考] 千葉大学大学院薬学研究院遺伝子資源応用研究室
  • URL: http://www.p.chiba-u.jp/lab/idenshi/index.html/