植物細胞壁中のリグニン・多糖結合の構造、生成機構とその分子制御

1999 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 10306011
• 研究機関: 東京大学
• 研究代表者: 飯山 賢治 東京大学, アジア生物資源環境研究センター, 教授 (60012077)
• 研究分担者: 小島 克巳 東京大学, アジア生物資源環境研究センター, 助教授 (80211895) ; 松本 雄二 東京大学, 大学院・農学生命科学研究科, 助教授 (30183619) ; 片山 義博 東京農工大学, 大学院・生物システム応用科学研究科, 助教授 (10214339) ; 新谷 博幸 東京大学, 大学院・農学生命科学研究科, 助手 (30282693) ; 石井 忠 農林水産省, 森林総合研究所・生物機能開発部, 研究室長
• キーワード: 植物細胞壁 / リグニン / セルロース / リグニン-多糖結合 / フェルラ酸架橋結合 / ラムノガラクチュロナン / 過ヨウ素酸酸化 / Bjorkman LCC

研究概要

イネ科植物の細胞壁中に存在するフェルラ酸を介したリグニン-多糖架橋結合の結合位置を決定することは植物細胞壁の生合成機構の理解にとって極めて重要である。本研究ではこのフェルラ酸を介したリグニン-多糖架橋結合のリグニンの結合位置を確定すること、また植物細胞壁全体を用いて、リグニンへの多糖の結合位置およびリグニンと結合した糖残基の種類、結合位置を決定するとともに定量法を確立することを目的とした。さらにリグニン-多糖架橋結合および直接結合の植物の生長に伴う変化、および種々の環境ストレスのもとでの変化を本研究で開発された方法を用いて定量的に明らかにすることにより、植物細胞壁の生合成機構を解明することを目的としている。
イネ科植物の細胞壁中に存在するフェルラ酸を介したリグニン-多糖架橋結合の結合部位に関してDDQを用いて処理することにより、糖残基の主要な結合部位はリグニン側鎖α位であることが判明した。また細胞壁中のリグニン-多糖直接エーテル結合について針葉樹、広葉樹およびイネ科植物細胞壁を過ヨウ素酸酸化処理し、アルジトール・アセテート分析するすることにより、リグニン-多糖結合に関与した糖を糖残基の種類とその結合部位を検討した。その結果セルロースC6位がリグニンと結合していることが判明した。現在定量的評価を進めている。さらに多糖はカルボキシメチル化されるがリグニンはされない条件で細胞壁をカルボキシメチル化し、分画して構造解析したところ、セルロースが高い割合でリグニンと結合していることが判明した。低温及び高CO_2濃度下等の環境ストレスもとで植物を育種した。現在分析を開始している。加えてリグニン生合成酵素系がブロックされている水棲維管束植物について、ブロックに関与する酵素およびc-DNAの単離を進めている。

研究成果

• [文献書誌] Fujimoto, A., Meshitsuka, G., and Iiyama, K.: "Covalent associations between lignin and cellulose as a major lignin and polysaccharide linkage"Proc. 10^<th> International Symposium on Wood & Pulping Chemistry 1999. 2. 48-51 (1999)
• [文献書誌] Lam, T. B. T., Kadoya, K. and Iiyama, K.: "Bonding of hydroxycinnamic acids to lignin-ferulic and p-coumaric acids bind at the benzyl oosition of lignin, not the β-position in grass cell walls"Phytochemistry. 53(印刷中). (2000)
• [文献書誌] 樋口暁浩、飯山賢治、新城健: "熱帯産イネ科植物細胞壁構造と消化性の関係"ルーメン研究会報. 10. 37-41 (1999)
• [文献書誌] Iiyama, K.: "Biomass Industrial Complex using wastes from tropical plantations"Targeting Zero Emissions for the Utilization of Renewable Resoueces. United Nations University, Tokyo. 20-29 (1999)
• [文献書誌] T. Shimokawa, T. Ishii and T. Matsunaga: "Isolation and structurasl characterization of rhamnogalacturonan II-borate complex from Pinus densiflora"J. Wood Sci.. 45. 435-439 (1999)
• [文献書誌] T. Ishii and H. Ono: "NMR spectroscopic analysis of the borate diol esters of methyl apiofuranosides"Carbohydr. Res.. 321. 257-260 (1999)
• [文献書誌] T. Ishii, T. Matsunaga, P. Pellerrin, M. O'Neill, A. Darvill and P. Albersheim: "Trhe plant cell wall polysaccharide rhamnogalacturonan II self-assembles into a covalently cross-linked dimer"J. Biol. Chem.. 274. 12098-13104 (1999)
• [文献書誌] Iiyama, K., Hori, K., Flavier, M. E. and Lam, T. B. T.: "Excellent oil absorbent, Kapok(Ceiba pentandra(L.) Gaeth.) fiber : its fiber structure, chemical characteristics and its application"Proc. 10^<th> International Symposium on Wood & Pulping Chemistry, Yokohama, June 1999. 3. 496-499 (1999)