| 研究課題/領域番号 |
16H04807
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| 研究機関 | 神戸大学 |
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研究代表者 |
三村 徹郎 神戸大学, 先端融合研究環, 教授 (20174120)
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| 研究期間 (年度) |
2016-04-01 – 2019-03-31
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| キーワード | 二次代謝 / 異形細胞 / 乳管細胞 / テルペノイドインドールアルカロイド / ニチニチソウ / メタボローム |
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| 研究実績の概要 |
植物が示す二次代謝には、一次代謝と異なり、一連の化学反応が一つの細胞内で完結せず、複数の細胞間を中間代謝産物が複雑に移動して進行する、細胞横断型のものが知られている。本研究では、この細胞横断型二次代謝過程を示す代表的な薬用植物ニチニチソウを用い、細胞横断型二次代謝において、各種細胞の代謝分化の全体像を、細胞生物学的観点から明らかにすることを目的とした。１）一連の代謝過程における代謝産物の組織・細胞分布を明らかにし、２）その分布を引き起こす細胞内代謝、細胞間移動機構の解析を進めるとともに、３）それぞれの細胞代謝分化がどのような分子機構で生じているのかの分子・細胞生物学的解析を行う。４）さらに二次代謝において主要な役割を担う異形細胞を中心に、液胞機能の解析を進める。一連の研究によって、多細胞体としての植物において複数の細胞間を横断して進行する二次代謝の実態と全体像を明らかにすることを目指した。
我々は、ニチニチソウ茎、葉組織における二次代謝産物の分布が、従来の酵素遺伝子の組織別発現パターンから想定されるものと異なることを、質量顕微鏡や一細胞メタボローム解析で初めて明らかにした。2017年度は、ニチニチソウの成長過程で、異形細胞や乳管細胞の分化がどのような挙動を示すかを、胚の状態から観察し、蛍光を発するSerpentineで観察される異形細胞は、成長とともに数が増すが、乳管細胞はその数が変わること、それは含有アルカロイドの種類が変わることにあるらしいことを見出した。また、異形細胞の形成は胚の極く初期に始まっていることを未熟種子の観察から見出した。
さらに、種子をEMS処理することで突然変異を起こさせ、二次代謝に関連する変異を持つものの単離を進めている。既に葉の形成や二次代謝産物の蛍光分布に違いのある個体を見出している。
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| 現在までの達成度 (区分) |
現在までの達成度 (区分)
1: 当初の計画以上に進展している
理由
ニチニチソウの二次代謝の解析は、主に葉組織を使用して、生化学的反応経路の解析と酵素遺伝子の同定から進められてきた。本研究では、代謝産物の構成や分布が成長とともに変動していくことを見出し、それがどのような意味を持つかを解析中である。二次代謝物質の転換／分解系の解析はこれまでされたことが無いことから、生体内で実際に何が起こっているかの解明を進めている。
また、二次代謝に関連する酵素やその他遺伝子を同定するために、突然変異体の分離を進めた。既に、葉や細胞の形態がおかしい変異体が見出されていることから、それらと二次代謝の関係を明らかにすることを目指している。
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| 今後の研究の推進方策 |
二次代謝の空間的分化と、新たに見出した時間的分化の両者の分子過程を明らかにすることを目指している。そのための研究推進方策として、
１）まず、空間的分化については、細胞別の単離技術をさらに洗練させることで、より詳細な二次代謝関連遺伝子の発現パターンの違いを見出す。培養細胞を用いて、特別な分化状態にある細胞を作成する可能性を検討する。
２）時間的分化については、成長過程で生じる二次代謝関連物質の変動が、異形細胞や乳管細胞の分化とどのように関連しているか、またそれらの細胞における遺伝子の発現変動とどのように関係するか追跡することを目指す。
３）既に、二次代謝過程で働く酵素遺伝子の実体はそのほとんどが明らかになっているが、その制御過程や異形細胞などの形成機構はまだ良く判っていない。それを明らかにするために、突然変異体の分離を目指す。
４）オルガネラレベルでの二次代謝の機能分化が想定されている。それについて特に重要なオルガネラである液胞と、近年代謝への関与が新たに見出されている核について、その実体の解析を進める。
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