イネ科バイオマスの利用性向上を指向したフラボノイド修飾型リグニンの改変

2019 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 17F17103
• 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)
• 研究分担者: LAM PUI YING 京都大学, 生存圏研究所, 外国人特別研究員
• 研究期間 (年度): 2017-11-10 – 2020-03-31
• キーワード: リグニン / 植物細胞壁 / バイオマス / フラボノリグニン / イネ科植物

研究実績の概要

イネ科植物は、樹木を凌ぐ高いバイオマス生産性と優れた環境適応性を併せ持つ有用植物種を多数含み、経済性の優れた木質バイオリファイナリーシステムを担うバイオマス供給源として世界的に期待されている。本研究では、イネ科バイオマスの主要構成成分として最近見出されたフラボノイド修飾型リグニンの生合成と代謝工学に関わる研究を進め、樹木とは一線を画す、イネ科植物特有の木質形成機構の解明を目指すとともに、イネ科バイオマスの利用性向上を目指した究明を行う。具体的には、フラボノイド修飾型リグニンの形成に関わるイネ遺伝子群の同定を進め、その量や構造を様々に改変した形質転換イネを作出する。さらに、作成する一連の形質転換イネにつき、植物体の成長特性やバイオマスの各種利用性について比較解析を行い、フラボノイド修飾型リグニンの生理学的役割やそのイネ科バイオマスの各種利用特性に及ぼす寄与の解明を目指す。

これまで、フラボノイド修飾型リグニンを欠失した形質転換イネの更なる特性解析を進めるとともに、アシル修飾型リグニンの形成に関わるとリグニン前駆体アシル化酵素の解析を進めた。前者については、特にフラボノイド芳香核水酸化酵素及び芳香核メチル化酵素の機能欠損変異体の解析を行い、両者においてバイオマス構造の特徴的な変化とともに、バイオマス糖化性の向上が顕著に見られることを明らかにし、論文発表を行った。また、フラボノイド生合成経路の基点で作用する幾つかの新たな酵素遺伝子の解析も進め、CRISPR/Cas9を用いたゲノム編集により得た変異体の性状解析を完了し、論文発表の準備を行っている。一方、リグニン前駆体アシル化酵素の解析についても、CRISPR/Cas9を用いたゲノム編集により、アシル修飾型リグニンの形成に関わるリグニン前駆体アシル化酵素の機能欠損変異体の作出に成功し、引き続き、その性状解析を進めている。

現在までの達成度 (段落)

令和元年度が最終年度であるため、記入しない。

今後の研究の推進方策

令和元年度が最終年度であるため、記入しない。

研究成果

• [国際共同研究] 香港大学/中国科学院植物生理生態研究所(中国)
  • 国名: 中国
  • 外国機関名: 香港大学/中国科学院植物生理生態研究所
• [国際共同研究] ウィスコンシン大学/オクラホマ大学(米国)
  • 国名: 米国
  • 外国機関名: ウィスコンシン大学/オクラホマ大学
• [雑誌論文] Flavonoids are indispensable for complete male fertility in rice (2020)
  • 著者名/発表者名: Lanxiang Wang, Pui Ying Lam , Andy CW Lui, Fu‐Yuan Zhu, Mo‐Xian Chen, Hongjia Liu, Jianhua Zhang, Clive Lo
  • 雑誌名: Journal of Experimental Botany 巻: in press ページ: -
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Convergent recruitment of 5´‐hydroxylase activities by CYP75B flavonoid B‐ring hydroxylases for tricin biosynthesis in Medicago legumes (2020)
  • 著者名/発表者名: Andy CW Lui, Pui Ying Lam, Chan Kwun-Ho, Lanxiang Wang, Yuki Tobimatsu, Clive Lo
  • 雑誌名: New Phytologist 巻: in press ページ: -
  • DOI: 10.1111/nph.16498
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Fiber‐specific regulation of lignin biosynthesis improves biomass quality in Populus (2020)
  • 著者名/発表者名: Jinshan Gui, Pui Ying Lam, Yuki Tobimatsu, Jiayan Sun, Cheng Huang, Shumin Cao, Yu Zhong, Toshiaki Umezawa, Laigeng Li
  • 雑誌名: New Phytologist 巻: 226 ページ: 1074-1087
  • DOI: 10.1111/nph.16411
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Lignin-inspired surface modification of nanocellulose by enzyme-catalyzed radical coupling of coniferyl alcohol in Pickering emulsion (2020)
  • 著者名/発表者名: Kyohei Kanomata, Naoya Fukuda, Takuma Miyata, Pui Ying Lam, Toshiyuki Takano, Yuki Tobimatsu, Takuya Kitaoka
  • 雑誌名: ACS Sustainable Chemistry and Engineering 巻: 8 ページ: 1185-1194
  • DOI: 10.1021/acssuschemeng.9b06291
  • 査読あり
• [雑誌論文] OsCAldOMT1 is a bifunctional O-methyltransferase involved in the biosynthesis of tricin-lignins in rice cell walls (2019)
  • 著者名/発表者名: Pui Ying Lam, Yuki Tobimatsu, Naoyuki Matsumoto, Shiro Suzuki, Wu Lan, Yuri Takeda, Masaomi Yamamura, Masahiro Sakamoto, John Ralph, Clive Lo and Toshiaki Umezawa
  • 雑誌名: Scientific Reports 巻: 9 ページ: 11597
  • DOI: 10.1038/s41598-019-47957-0
  • 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 grasses (2019)
  • 著者名/発表者名: Pui Ying Lam, Andy Lui, Masaomi Yamamura, Lanxiang Wang, Yuri Takeda, Shiro Suzuki, Hongjia Liu, Fu-Yuan Zhu, Mo-Xian Chen, Jian-Hua Zhang, Toshiaki Umezawa, Yuki Tobimatsu and Clive Lo
  • 雑誌名: New Phytologist 巻: 223 ページ: 2014-2019
  • DOI: 10.1111/nph.15795
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Altered lignocellulose chemical structure and molecular assembly in CINNAMYL ALCOHOL DEHYDROGENASE-deficient rice (2019)
  • 著者名/発表者名: Andri Fadillah Martin, Yuki Tobimatsu, Ryosuke Kusumi, Naoyuki Matsumoto, Takuji Miyamoto, Pui Ying Lam, Masaomi Yamamura, Taichi Koshiba, Masahiro Sakamoto and Toshiaki Umezawa
  • 雑誌名: Scientific Reports 巻: 9 ページ: 17153
  • DOI: 10.1038/s41598-019-53156-8
  • 査読あり / オープンアクセス
• [学会発表] Recruitment of pathway-specific flavonoid B-ring hydroxylases for the independent generation of soluble flavone C-glycosides and cell-wall-bound tricin-lignin (2020)
  • 著者名/発表者名: Pui Ying Lam, Yuki Tobimatsu, Toshiaki Umezawa, Clive Lo
  • 学会等名: 第61回日本植物生理学会年会
• [学会発表] イネ科植物の細胞壁結合型フェルラ酸の生合成に関与するアルデヒドデヒドロゲナーゼの探索 (2020)
  • 著者名/発表者名: 山本千莉、飛松裕基、Lam Pui Ying、武田ゆり、刑部祐里子、刑部敬史、Laura E. Bartley、梅澤俊明
  • 学会等名: 第70回日本木材学会大会
• [学会発表] Comparative analysis of lignocellulose deconstruction properties in lignin-altered CAldOMT and CAD rice mutants (2020)
  • 著者名/発表者名: Andri Fadillah Martin, Yuki Tobimatsu, Yuri Takeda, Pui Ying Lam, Toshiaki Umezawa
  • 学会等名: 第70回日本木材学会大会
• [学会発表] 樹木の木化に学ぶ Pickering エマルションを用いた ナノセルロースの表面修飾 (2020)
  • 著者名/発表者名: 福田直弥、鹿又喬平、宮田拓摩、Pui Ying Lam、高野俊幸、飛松裕基、北岡卓也
  • 学会等名: 第70回日本木材学会大会
• [学会発表] Biosynthesis and Bioengineering of cell wall cross-linking ferulates in grasses (2019)
  • 著者名/発表者名: Senri Yamamoto, Lam Pui Ying, Yuri Takeda, Yuriko Osakabe, Keishi Osakabe, Yuki Tobimatsu, Toshiaki Umezawa
  • 学会等名: The 4th Asia Research Node Symposium on Humanosphere Science -Present and Future of Humanosphere Science-
  • 国際学会
• [学会発表] Recritment of specific flavonoid B-ring hydroxylases for two independent biosynthesis pathways of flavone-derived metabolites including tricin-lignin in grasses (2019)
  • 著者名/発表者名: Pui Ying Lam, Andy C. W. Lui, Masaomi Yamamura, Lanxiang Wang, Yuri Takeda, Shiro Suzuki, Hongjia Liu, Fu-Yuan Zhu,Mo-xian Chen, Jianhua Zhang, Toshiaki Umezawa, Yuki Tobimatsu, Clive Lo
  • 学会等名: 細胞壁研究者ネットワーク第13回定例研究会
• [学会発表] Altered cell wall chemical structure and molecular assembly in lignin-modified rice mutants (2019)
  • 著者名/発表者名: Andri Fadillah Martin, Yuki Tobimatsu, Pui Ying Lam, Naoyuki Matsumoto, Shiro Suzuki, Ryosuke Kusumi, Takuto Tanaka, Takuji Miyamoto, Yuri Takeda, Masaomi Yamamura, Taichi Koshiba, Keishi Osakabe, Yuriko Osakabe, Masahiro Sakamoto, Toshiaki Umezawa
  • 学会等名: 細胞壁研究者ネットワーク第13回定例研究会
• [学会発表] Altered lignin structures and improved biomass properties of rice mutants deficient in tricin biosynthetic genes (2019)
  • 著者名/発表者名: Pui Ying Lam, Yuki Tobimatsu, Toshiaki Umezawa, Clive Lo
  • 学会等名: 1st International Lignin Symposium
  • 国際学会
• [学会発表] Pathway-specific flavonoid B-ring hydroxylases involved in the biosynthesis of flavone C-glycosides and tricin-lignins in rice (2019)
  • 著者名/発表者名: Pui Ying Lam, Andy C. W. Lui, Masaomi Yamamura, Lanxiang Wang, Yuri Takeda, Shiro Suzuki, Hongjia Liu, Fu-Yuan Zhu, Mo-Xian Chen, Jianhua Zhang, Toshiaki Umezawa, Yuki Tobimatsu, Clive Lo
  • 学会等名: 第37回日本植物細胞分子生物学会
• [学会発表] Positive transcriptional feedback loop in secondary cell wall (SCW) formation in poplar (2019)
  • 著者名/発表者名: Naoki Takata, Pui Ying Lam, Shiro Suzuki, Yuki Tobimatsu, Natsumaro Kutsuna, Toru Taniguchi
  • 学会等名: IUFRO Tree Biotechnology 2019 Meeting
  • 国際学会
• [学会発表] Structurally-regulated dehydrogenative polymerization of coniferyl alcohol on Pickering emulsion stabilized by nanocellulose (2019)
  • 著者名/発表者名: Naoya Fukuda, Kyohei Kanomata, Takuma Miyata, Pui Ying Lam, Yuki Tobimatsu, Takuya Kitaoka
  • 学会等名: 2019 International Conference on Nanotechnology for Renewable Materials (TAPPI NANO)
• [図書] 月刊 アグリバイオ 2019年6月号 (2019)
  • 著者名/発表者名: 飛松裕基, Pui Ying Lam, 梅澤俊明, Clive Lo
  • 総ページ数: 100頁
  • 出版者: 北隆館
  • ISBN: 01327-06