植物香気物質フェニルプロペン生合成経路の解明と代謝工学

2017 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 15K18690
• 研究機関: 山口大学
• 研究代表者: 肥塚 崇男 山口大学, 大学院創成科学研究科, 助教 (30565106)
• 研究期間 (年度): 2015-04-01 – 2018-03-31
• キーワード: 香気成分 / 二次代謝産物

研究実績の概要

植物香気成分として知られるフェニルプロペン類は、ベンゼン環（C6）に直鎖状プロペン（C3）が結合したC6-C3を基本骨格とする化合物群である。これらフェニルプロペン類は、プロペン側鎖の立体構造とベンゼン環の置換基の２点の組合せにより化学構造の多様性が見られる。そして、これら化学構造のわずかな違いにより生理活性や香気特性が異なることが知られている。例えば、バジル主要香気成分の一つであるオイゲノールはフェノール性水酸基がプレニル化されると、修飾される前の母核構造には見られない抗虫活性を示すことが明らかになっている。その一方で、化学構造の多様性を規定する生合成酵素の単離ならびにその反応機構についての報告は未だ数少ない。そこで本研究では、ベンゼン環（C6）部分をプレニル化およびメチレンジオキシ環化する従前未解明の酵素の単離、機能解析を行うこととした。
現在までに、非揮発性の芳香族化合物であるリグナンやアルカロイドを基質とするメチレンジオキシ環化酵素やフラボノイドなどのポリフェノールをプレニル化する酵素は、いくつか報告されている。本研究では、これら報告のある酵素遺伝子と相同性が高く、芳香族香気成分であるフェニルプロペン類を多く生成する組織に高発現している候補遺伝子の絞り込みを行った。H29年度においては、プレニル基やメチレンジオキシ環を有するフェニルプロペン類を生成するシキミ（Illicium anisatum）やディル（Anethum graveolens）からRNA を単離し、次世代シーケンス解析による候補遺伝子の探索、RACE-PCRによる全長候補遺伝子の取得を行った。さらに、候補遺伝子の酵素機能を解析するため、酵母発現系を用いた組換え酵素の発現ならびに代謝物変換解析を行った。

研究成果

• [雑誌論文] Functional evolution of biosynthetic enzymes that produce plant volatiles. (2018)
  • 著者名/発表者名: Koeduka, T.
  • 雑誌名: Bioscience, Biotechnology, and Biochemistry 巻: 82 ページ: 192-199
  • DOI: 10.1080/09168451.2017.1422968.
  • 査読あり
• [雑誌論文] Aromatic amino acid decarboxylase is involved in volatile phenylacetaldehyde production in loquat (Eriobotrya japonica) flowers. (2017)
  • 著者名/発表者名: Koeduka, T., Fujita, Y., Furuta, T., Suzuki, H., Tsuge, T. and Matsui, K.
  • 雑誌名: Plant Biotechnology 巻: 34 ページ: 193-198
  • DOI: 10.5511/plantbiotechnology.17.0926a
  • 査読あり
• [雑誌論文] An improved synthesis of the potent and selective γ-glutamyl transpeptidase inhibitor GGsTop together with an inhibitory activity evaluation of its potential hydrolysis products. (2017)
  • 著者名/発表者名: Watanabe, B., Morikita, T., Tabuchi, Y., Kobayashi, R., Koeduka, T. and Hiratake, J.
  • 雑誌名: Tetrahedron Letters 巻: 58 ページ: 3700-3703
  • DOI: http://dx.doi.org/10.1016/j.tetlet.2017.08.019
  • 査読あり
• [雑誌論文] n-Hexanal and (Z)-3-hexenal are generated from arachidonic acid and linolenic acid by a lipoxygenase in Marchantia polymorpha L. (2017)
  • 著者名/発表者名: Tawfik, MM., Yamato, KT., Kohchi, T., Koeduka, T. and Matsui, K.
  • 雑誌名: Bioscience, Biotechnology, and Biochemistry 巻: 81 ページ: 1148-1155
  • DOI: 10.1080/09168451.2017.1285688.
  • 査読あり
• [学会発表] Biosynthesis of volatile terpenes that accumulate in the secretory cavities of young Japanese pepper (Zanthoxylum piperitum) leaves. (2018)
  • 著者名/発表者名: Koeduka T, Fujita Y, Takaishi M, Aida M, Iijima Y, Matsui K
  • 学会等名: Gordon Research Conferences-Plant Volatiles
  • 国際学会
• [学会発表] ショウブ由来レスベラトロールO-メチル基転移酵素の機能解析 (2017)
  • 著者名/発表者名: 肥塚崇男, 畑田珠希, 鈴木秀幸, 鈴木史朗, 松井健二
  • 学会等名: 第35回日本植物細胞分子生物学会大会
• [学会発表] 植物の進化とみどりの香り生成能の獲得 (2017)
  • 著者名/発表者名: 肥塚崇男, 松井健二
  • 学会等名: イメージング研究会 第九回光塾