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2018 年度 実績報告書

化学プローブを活用した木質形成の動的イメージング解析法の開発と応用

研究課題

研究課題/領域番号 16H06198
研究機関京都大学

研究代表者

飛松 裕基  京都大学, 生存圏研究所, 准教授 (20734221)

研究期間 (年度) 2016-04-01 – 2020-03-31
キーワードリグニン / バイオマス / 細胞壁 / 蛍光イメージング
研究実績の概要

本研究では、木質バイオマスの資源利用拡大に向けた基盤研究として、木質生産の根幹である細胞壁形成の分子機構解明を目指し、細胞壁構成成分特にリグニンの生合成過程や生体内動態を時間的・空間的に解析するイメージング手法の開発を行う。具体的には、独自に開発した化学プローブ群を活用し、植物体内における細胞壁リグニンの形成を直接観察するための新たな蛍光イメージング法の開発を行う。次に、その手法を活用したモデル植物における種々のイメージング解析を実施し、細胞壁リグニン形成のダイナミクスに関わる分子機構の解明を目指す。

平成30年度は、前年度に引き続き、シロイヌナズナやイネをモデルとして用いたケミカルレポータータグ付きリグニン前駆体プローブならびに蛍光色素タグ付きリグニン前駆体プローブを利用したリグニン形成のイメージング解析を進めた。野生型シロイヌナズナに加えて、蛍光タンパク質を連結した細胞壁形成に関わる転写因子を発現する形質転換体を用いて、細胞壁関連遺伝子の発現とリグニン形成の多重蛍光標識による同時観察を試みている。また、シロイヌナズナ、イネ、ポプラなどリグニン形成に関わる種々の遺伝子の発現を制御した形質転換植物について、多次元NMR法などを用いた細胞壁構造の解析も実施した。さらに、本イメージング手法を活用した、針葉樹ヒノキやストライガ属における環境ストレス応答等による組織特異的なリグニン形成機構の解明を目的とした新たな共同研究も幾つか開始した。

現在までの達成度 (区分)
現在までの達成度 (区分)

2: おおむね順調に進展している

理由

当初の計画通り、シロイヌナズナやイネをモデルとしてリグニン形成のイメージング解析を実施した。各種形質転換植物の細胞壁構造の解析、蛍光プローブの合成に加え、未だ解析条件のさらなる検討が必要であるものの、蛍光タンパク質の発現による細胞壁関連遺伝子の発現とリグニン形成の多重蛍光標識による同時観察も検討している。また、開発した蛍光プローブを利用したリグニン生合成機構解明に関わる新たな共同研究も複数開始している。

今後の研究の推進方策

引き続き、種々の植物種におけるリグニン形成のイメージング解析を進める。各種リグニン生合成改変組換え植物等を用い、細胞壁構造の解析と合わせて、リグニン形成の時空間制御機構の解明を目指す。

  • 研究成果

    (13件)

すべて 2019 2018 その他

すべて 国際共同研究 (1件) 雑誌論文 (8件) (うち国際共著 4件、 査読あり 7件、 オープンアクセス 2件) 学会発表 (4件) (うち招待講演 2件)

  • [国際共同研究] ウィスコンシン大学(米国)

    • 国名
      米国
    • 外国機関名
      ウィスコンシン大学
  • [雑誌論文] Lignin polymerization: how do plants manage the chemistry so well?2019

    • 著者名/発表者名
      Tobimatsu Yuki、Schuetz Mathias
    • 雑誌名

      Current Opinion in Biotechnology

      巻: 56 ページ: 75~81

    • DOI

      10.1016/j.copbio.2018.10.001

    • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
  • [雑誌論文] Recruitment of specific flavonoid B‐ring hydroxylases for two independent biosynthesis pathways of flavone‐derived metabolites in grasses2019

    • 著者名/発表者名
      Lam Pui Ying、Lui Andy C.W.、Yamamura Masaomi、Wang Lanxiang、Takeda Yuri、Suzuki Shiro、Liu Hongjia、Zhu Fu‐Yuan、Chen Mo‐Xian、Zhang Jianhua、Umezawa Toshiaki、Tobimatsu Yuki、Lo Clive
    • 雑誌名

      New Phytologist

      巻: in press ページ: -

    • DOI

      10.1111/nph.15795

    • 査読あり / 国際共著
  • [雑誌論文] OsMYB108 loss‐of‐function enriches p‐coumaroylated and tricin lignin units in rice cell walls2019

    • 著者名/発表者名
      Miyamoto Takuji、Takada Rie、Tobimatsu Yuki、Takeda Yuri、Suzuki Shiro、Yamamura Masaomi、Osakabe Keishi、Osakabe Yuriko、Sakamoto Masahiro、Umezawa Toshiaki
    • 雑誌名

      The Plant Journal

      巻: in press ページ: -

    • DOI

      10.1111/tpj.14290

    • 査読あり
  • [雑誌論文] The Structural Integrity of Lignin Is Crucial for Resistance against Striga hermonthica Parasitism in Rice2019

    • 著者名/発表者名
      Mutuku J. Musembi、Cui Songkui、Hori Chiaki、Takeda Yuri、Tobimatsu Yuki、Nakabayashi Ryo、Mori Tetsuya、Saito Kazuki、Demura Taku、Umezawa Toshiaki、Yoshida Satoko、Shirasu Ken
    • 雑誌名

      Plant Physiology

      巻: 179 ページ: 1796~1809

    • DOI

      10.1104/pp.18.01133

    • 査読あり / 国際共著
  • [雑誌論文] Comparative evaluations of lignocellulose reactivity and usability in transgenic rice plants with altered lignin composition2019

    • 著者名/発表者名
      Takeda Yuri、Tobimatsu Yuki、Yamamura Masaomi、Takano Toshiyuki、Sakamoto Masahiro、Umezawa Toshiaki
    • 雑誌名

      Journal of Wood Science

      巻: 65 ページ: -

    • DOI

      10.1186/s10086-019-1784-6

    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] リグニンの構造多様性とバイオマス利用に 向けた代謝工学2019

    • 著者名/発表者名
      飛松裕基
    • 雑誌名

      月刊バイオインダストリー

      巻: in press ページ: -

  • [雑誌論文] Lignin characterization of rice CONIFERALDEHYDE 5-HYDROXYLASE loss-of-function mutants generated with the CRISPR/Cas9 system2018

    • 著者名/発表者名
      Takeda Yuri、Suzuki Shiro、Tobimatsu Yuki、Osakabe Keishi、Osakabe Yuriko、Ragamustari Safendrri K.、Sakamoto Masahiro、Umezawa Toshiaki
    • 雑誌名

      The Plant Journal

      巻: 97 ページ: 543~554

    • DOI

      10.1111/tpj.14141

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Downregulation of p-COUMAROYL ESTER 3-HYDROXYLASE in rice leads to altered cell wall structures and improves biomass saccharification2018

    • 著者名/発表者名
      Takeda Yuri、Tobimatsu Yuki、Karlen Steven D.、Koshiba Taichi、Suzuki Shiro、Yamamura Masaomi、Murakami Shinya、Mukai Mai、Hattori Takefumi、Osakabe Keishi、Ralph John、Sakamoto Masahiro、Umezawa Toshiaki
    • 雑誌名

      The Plant Journal

      巻: 95 ページ: 796~811

    • DOI

      10.1111/tpj.13988

    • 査読あり / 国際共著
  • [学会発表] ヒノキ圧縮あて材分化中木部においてラッカーゼのp-クマリルアルコール酸化重合活性を可視化する2019

    • 著者名/発表者名
      平出秀人,飛松裕基,吉永新,髙部圭司
    • 学会等名
      第69回日本木材学会大会
  • [学会発表] 代謝工学で探るセルロース系多糖とリグニンの微妙な関係:リグニン改変組換え植物におけるリグノセルロース特性の変化について2019

    • 著者名/発表者名
      飛松裕基
    • 学会等名
      セルロース学会北海道・東北支部セミナー:何が問題、セルロース
    • 招待講演
  • [学会発表] 代謝工学で探る細胞壁超分子構造に及ぼすリグニンの寄与2019

    • 著者名/発表者名
      飛松裕基
    • 学会等名
      第3回動的木材化学懇談会
    • 招待講演
  • [学会発表] ヒノキ圧縮あて材細胞壁においてラッカーゼの p-クマリルアルコール取込み能力を可視化する2019

    • 著者名/発表者名
      平出秀人、飛松裕基、吉永新、高部圭司
    • 学会等名
      第63回リグニン討論会

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公開日: 2019-12-27  

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