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

2000 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

植物細胞壁中のリグニンの大部分は細胞壁多糖と化学結合しており、植物細胞壁の利用にとって大きな影響を与えている。飼料として用いられているイネ科植物の細胞壁中には、フェルラ酸を介したリグニン-多糖架橋結合が存在し、その消化性と深く関わっている。木質系植物細胞壁中ではパルプ製造との関わりで、リグニンと多糖の直接エーテル結合が重要である。それら結合の結合位置の決定及び結合量の定量的把握は植物細胞壁の生合成機構の理解及び有効利用開発にとって極めて重要である。本研究では、温帯イネ科植物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2,3-dichloro-5,6-dicyano-benzoquinene(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ベンジル位であることを明らかにした。しかし熱帯産イネ科植物については、温帯産とは結合に関与する構造及び量が異なっていると考えられ、現在検討中である。
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。これまでの知見とは異なり、中間層ではリグニン-多糖直接エーテル結合は少なく、二次壁ではセルロースがリグニンと高頻度でエーテル結合していることが、細胞壁をカルボキシメチル化することにより明らかになった。リグニン量が極めて少ない水棲維管束植物細胞壁中に、ホウ素を経由した多糖間の結合の存在も明らかにされた。現在水棲維管束植物リグニン生合成酵素系についての検討を進めている。

研究成果

• [文献書誌] T.Ishii,H.Ono,: "NMR spectroscopic analysis of the borate diol esters of methyl apiofuranosides"Carbohydrate Research. 321. 257-260 (1999)
• [文献書誌] T.Shimokawa,T.Ishii and T.Matsunaga: "Isolation and structural characterization of rhamnogalacturonan II-borate complex from Pinus densiflora,"Journal of Wood Science. 45. 435-439 (1999)
• [文献書誌] T.Ishii,T.Matsunaga,A.Darvill and P.Albersheim: "The plant cell wall polysaccharide rhamnogalacturonan II self-assembles into a covalently cross-linked dimer.,(1999)"Journal of Biological Chemistry. 274(9). 13098-13104 (1999)
• [文献書誌] K.Kakegawa,Y.Edashige and T.ishii.: "Metabolism of cell wall polysaccharides in cell suspension cultures of Populus alba L.in relation to cell growth."Physiolgica.Plantarum. 108. 420-425 (2000)
• [文献書誌] Y.Edashige and T.Ishii: "Extracellular polysaccharides from the suspension-culture of Populus alba L."Holzforschung,(1999). 53. 137-141 (1999)
• [文献書誌] Hori,K.,Flavier,M.E,Lam,T.B.T.and Iiyama K.: "An excellent oil absorbent, Kapok (Ceiba pentandra (L.) Gaertn.) fiber : its fiber structure, chemical characteristics and application."Journal of Wood Science. 46. 401-404 (2000)
• [文献書誌] Lam,T.B.T.and Iiyama,K.: "Characteristics of Senescence Straw Cell Walls of Dwarf, Semidwarf and Normal Strains of Rice (Oryza sativa) plants."Journal of Wood Science. 46. 376-380 (2000)
• [文献書誌] Iiyama,K.and Lam,T.B.T.: "Structural characteristics of cell walls of forage grasses-Their nutritional evaluation for ruminants-a Review."Asian Austrasian Journal of Animal Science in print. 14(4)(印刷中). (2001)
• [文献書誌] Lam T.B.T.,Kadoya,K.and liyama,K.: "Bonding of hydroxycinnamic acids to lignin-ferulic and ρ-coumaric acids bind at the benzyl position of lignin, not the β-position in grass cell walls."Phytochemistry. (印刷中). (2001)