マメ科植物のP450とテルペン合成酵素の反応と生態機能に関するポストゲノム的研究

2002 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 14540603
• 研究機関: 日本大学
• 研究代表者: 綾部 慎一 日本大学, 生物資源科学部, 教授 (40050679)
• 研究分担者: 明石 智義 日本大学, 生物資源科学部, 助手 (80328707) ; 青木 俊夫 日本大学, 生物資源科学部, 助教授 (80287606)
• キーワード: マメ科 / モデル植物 / ミヤコグサ / シトクロムP450 / トリテルペン合成酵素 / ESTデータベース / β-amyrin合成酵素 / 形質転換

研究概要

マメ科モデル植物ミヤコグサの,シトクロムP450(P450)と環状トリテルペン合成酵素(OSC)の遺伝子構造と反応様式を明らかにし,発現制御と生態機能のメカニズムを明らかにすることを目標にしている.環境応答性の遺伝子,器官特異的な発現をする遺伝子に注目して,それらのクローニングと詳細な機能解明を試みる一方,形質転換体の表現型や成分プロファイルとの対応より遺伝子機能に迫ることを企てた.これまでに以下の成果を得ている.
ミヤコグサで発現しているP450遺伝子をESTデータベースよりカタログ化し,少なくとも66種の独立のP450が幼植物体や花で発現していることを見出した.また一部のP450については触媒機能を確認した.今後配列情報やDNAアレイを用いた発現プロファイルの検討などにより特徴的な遺伝子を選定し,機能解明を目指すことにしている.一方イソフラボノイド系の既知P450について遺伝子構造を検討したところ,連続する生合成反応を担うメチル基転移酵素とクラスターを成している例を見出し,独特の代謝の分子進化に関する興味深い知見を得た、
OSCのcDNAを数種クローニングし,ラノステロール合成酵素欠損酵母による機能解析により,β-amyrin合成酵素cDNAを同定し,そのゲノム構造を明らかにした.一方,各器官毎のトリテルペンアルコールとトリテルペン酸の検出を行った.OSCの発現様式と成分変動を併せ検討することにより,トリテルペノイド系の遺伝子機能に関する詳細な知見が期待される.
逆遺伝学的解析の要であるミヤコグサの効率的な形質転換法を確立した.またフラボノイド系の重要なP450遺伝子による形質転換植物を作製し,さらにOSCの導入に用いるアグロバクテリウム用ベクター作製に着手した.

研究成果

• [文献書誌] Sawada, Y et al.: "Key amino acid residues required for aryl migration catalyzed by the cytochrome P450 2-hydroxyisoflavanone synthase"Plant Journal. 31.5. 555-564 (2002)
• [文献書誌] Aoki, T., et al.: "Efficient Agrobacterium-mediated transformation of Lotus japonicus with reliable antibiotic selection"Plant Cell Reports. 21. 238-243 (2002)
• [文献書誌] Akashi, T., et al.: "cDNA cloning and biochemical characterization of S-adenosyl-L-methionine : 2,7,4'-trihydroxy-isoflavanone 4'-O-methyltransferase, a critical enzyme of the legume isoflavonoid phytoalexin pathway"Plant and Cell Physiology. 44.2. 103-112 (2003)
• [文献書誌] Shimada, N. et al.: "A cluster of genes encodes the two types of chalcone isomerase involved in the biosynthesis of general flavonoids and legume-specific 5-deoxy(iso)flavonoids in Lotus japonicus"Plant Physiology. 131.3. 941-951 (2003)