メタボロミクスを基盤とした植物の統合ポストゲノム学

2006 年度 研究成果報告書概要

• 研究課題/領域番号: 15201045
• 研究種目: 基盤研究(A)
• 配分区分: 補助金
• 応募区分: 一般
• 研究分野: 生物分子科学
• 研究機関: 千葉大学
• 研究代表者: 斉藤 和季 千葉大学, 大学院薬学研究院, 教授 (00146705)
• 研究分担者: 山崎 真巳 千葉大学, 大学院薬学研究院, 助教授 (70222370) ; 野路 征昭 千葉大学, 大学院薬学研究院, 助手 (80271534) ; 高山 廣光 千葉大学, 大学院薬学研究院, 教授 (90171561) ; 有田 正規 東京大学, 新領域創成科学研究科, 助教授 (10356389) ; 金谷 重彦 奈良先端科学技術大学院大学, 情報科学研究科, 教授 (90224584)
• 研究期間 (年度): 2003 – 2006
• キーワード: メタボロミクス / トランスクリプトミクス / ゲノム機能科学 / 代謝 / シロイヌナズナ

研究概要

メタボロミクスは網羅的な代謝産物の同定、定量を行うオーム科学の一つである。食料、医薬品・健康機能成分、工業・エネルギー原料などの植物の有用性には多くの場合植物の有する多様な代謝産物が寄与しているため、メタボローム研究は植物において特に重要である。メタボロミクスはトランスクリプトームなどの他のオーム科学と統合することにより新規な遺伝子機能を同定することが可能である。硫黄、窒素欠乏ストレス下におけるシロイヌナズナの葉と根からトランスクリプトーム、メタボローム(直接導入によるFT-MS、HPLC、キャピラリー電気泳動)データを経時的に取得した。これらのデータを一つのマトリックスデータにまとめて一括学習自己組織化マッピングによって、経時的な変化における遺伝子発現、代謝産物蓄積の協調的な関係を網羅的に抽出した。これらの結果から硫黄欠乏ストレスによってグルコシノレート代謝が協調的に制御されていることが明らかにされ、グルコシノレート生合成に関する新規な硫酸転移酵素遺伝子や転写因子が同定された。さらに他のステップの生合成遺伝子やこれらを制御する転写因子にっいても推定することができた。PAP1というMYB転写因子が過剰発現したシロイヌナズナ遺伝子組み換え体は構成的にアントシアニンを蓄積する。この組み換え体のメタボロームおよびフラボノイドの詳細な代謝産物解析から、PAP1の過剰発現はメタボロームには大きな変化を引き起こさず、フラボノイド特にアントシアニンを特異的に高蓄積することが示された。この結果とトランスクリプトームの結果を総合して、これらのPAP1過剰発現体に蓄積するアントシアニン生産に関わる遺伝子を網羅的に推定することができた。糖転移酵素やアシル転移酵素など推定した遺伝子の機能は、T-DNA挿入変異体の代謝産物解析や組み換え酵素の活性発現によって証明した。

研究成果

• [雑誌論文] メタボロミクスによる植物の遺伝子機能同定 (2006)
  • 著者名/発表者名: 斉藤和季
  • 雑誌名: 細胞工学 25・12 ページ: 1399-1403
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [雑誌論文] Integrated data mining of transcriptome and metabolome based on BL-SOM. (2006)
  • 著者名/発表者名: Mitsuru Yano, Shigehiko Kanaya, Md.Altaf-Ul-Amin, Ken Kurokawa, Masami Yokota Hirai, Kazuki Saito
  • 雑誌名: J. Comp. Aid. Chem. 7 ページ: 125-136
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [雑誌論文] Proteomics and transcriptomic analysis of Arabidopsis seeds : Molecular evidence for successive processing of seed proteins and its implication in stress response to sulfur nutrition. (2006)
  • 著者名/発表者名: Yasuhiro Higashi, Masami Yokota Hirai, Toru Fujiwara, Satoshi Naito, Masaaki Noji, Kazuki Saito
  • 雑誌名: Plant J. 48 ページ: 557-571
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [雑誌論文] Integrated data mining of transcriptome and metabolome based on BL-SOM. (2006)
  • 著者名/発表者名: Mitsuru Yano, Shigehiko Kanaya, Md.Altaf-Ul-Amin, Ken Kurokawa, Masami Yokota Hirai, Kazuki Saito
  • 雑誌名: J. Comp. Aid. Chem 7 ページ: 125-136
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [雑誌論文] Proteomics and transcriptomic analysis of Arabidopsis seeds : Molecular evidence for successive processing of seed proteins and its implication in stress response to sulfur nutrition. (2006)
  • 著者名/発表者名: Yasuhiro Higashi, Masami Yokota Hirai, Toru Fujiwara, Satoshi Naito, Masaaki Noji, Kazuki Saito
  • 雑誌名: Plant J. 48・2 ページ: 557-571
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [雑誌論文] Biotechnology in Agriculture and Forestry 57 Plant Metabolomics (2006)
  • 著者名/発表者名: K.Saito, R.A.Dixon, L.Willmizer
  • 雑誌名: Springer ページ: 347
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [雑誌論文] Elucidation of gene-to-gene and metabolite-to-gene networks in Arabidopsis by integration of metabolomics and transcriptomics. (2005)
  • 著者名/発表者名: Masami Yokota Hirai, Marion Klein, Yuuta Fujikawa, Mitsuru Yano, Dayan B.Goodenowe, Yasuyo Yamazaki, Shigehiko Kanaya, Yukiko Nakamura, Kazuki Saito
  • 雑誌名: J. Biol. Chem. 280 ページ: 25590-25595
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [雑誌論文] Functional genomics by integrated analysis of metabolome and transcriptome of Arabidopsis plants over-expressing an MYB transcription factor. (2005)
  • 著者名/発表者名: Takayuki Tohge, Yasutaka Nishiyama, Masami Yokota Hirai, Mitsuru Yano, Masaaki Noji, Mami yamazaki, Kazuki Saito
  • 雑誌名: Plant J. 42 ページ: 218-235
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [雑誌論文] Elucidation of gene-to-gene and metabolite-to-gene networks in Arabidopsis by integration of metabolomics and transcriptomics. (2005)
  • 著者名/発表者名: Masami Yokota Hirai, Marion Klein, Yuuta Fujikawa, Mitsuru Yano, Dayan B.Goodenowe, Yasuyo Yamazaki, Shigehiko Kanaya, Yukiko Nakamura, Masahiko Kitayama, Hideyuki Suzuki, Nozomu Sakurai, Daisuke Shibata, Jim Tokuhisa, Michael Reichelt, Jonathan Gershenzon, Jutta Papenbrock, Kazuki Saito
  • 雑誌名: J. Biol. Chem 280 ページ: 25590-25595
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [雑誌論文] Functional genomics by integrated analysis of metabolome and transcriptome of Arabidopsis plants over-expressing an MYB transcription factor. (2005)
  • 著者名/発表者名: Takayuki Tohge, Yasutaka Nishiyama, Masami Yokota Hirai, Mitsuru Yano, Jun-ichiro Nakajima, Motoko Awazuhara, Eri Inoue, Hideki Takahashi, Dayan B.Goodenowe, Masahiko Kitayama, Masaaki Noji, Mami Yamazaki, Kazuki Saito
  • 雑誌名: Plant J 42・2 ページ: 218-235
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [雑誌論文] Integration of transcriptomics and metabolomics for understanding of global responses to nutritional stresses in Arabidopsis thaliana. (2004)
  • 著者名/発表者名: Masami Yokota Hirai, Mitsuru Yano, Dayan B. Goodenowe, Shigehiko Kanaya, Kazuki Saito
  • 雑誌名: Proc. Natl. Acad. Sci. USA. 101 ページ: 10205-10210
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [雑誌論文] Integration of transcriptomics and metabolomics for understanding of global responses to nutritional stresses in Arabidopsis thaliana. (2004)
  • 著者名/発表者名: Masami Yokota Hirai, Mitsuru Yano, Dayan B.Goodenowe, Shigehiko Kanaya, Tomoko Kimura, Motoko Awazuhara, Masanori Arita, Toru Fujiwara, Kazuki Saito
  • 雑誌名: Proc. Natl. Acad. Sci. USA 101 ページ: 10205-10210
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [図書] Biotechnology in Agriculture and Forestry 57 Plant Metabolomics (2006)
  • 著者名/発表者名: K.Saito, R.A.Dixon, L.Willmitzer
  • 総ページ数: 347
  • 出版者: Springer
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より