エリート植物細胞工場を基盤とした有用原料物質の生産

2007 年度 研究成果報告書概要

• 研究課題/領域番号: 18580255
• 研究種目: 基盤研究(C)
• 配分区分: 補助金
• 応募区分: 一般
• 研究分野: 農業環境工学
• 研究機関: 長崎大学
• 研究代表者: 北村 美江 長崎大学, 環境科学部, 教授 (40108337)
• 研究分担者: 下町 多佳志 長崎大学, 環境科学部, 准教授 (60249886) ; 富永 義則 長崎大学, 環境科学部, 教授 (70100881)
• 研究期間 (年度): 2006 – 2007
• キーワード: エリート植物細胞 / 有用物質生産 / 代謝工学 / 組織培養 / 遺伝子導入

研究概要

植物による物質生産は非常に巧妙にコントロールされ、ミクロの空間で進行する精密細胞工場と言うことができる。本研究課題では従来合成化学を基盤として生産されている工業製品や医薬品の原料を植物の持つ、この物質生産能を用いて高生産させることを目的とした。遺伝子導入や細胞選抜、ストレス応答法により新たに代謝機能を構築・誘導し、選抜したエリート細胞を用いて、有用有機物質の生産を行うための基礎的開発を行った。その内容を以下に記す。
1.ビート毛状根による有機液晶原料となるp-HBAの生産
Ferulic acidをvanillinに変換するバクテリア由来のHCHL遺伝子を導入したクローンから、遺伝子を高発現したものについて、生産物を分析し、p-HBAの配糖体を乾燥重量当り約14%生産するエリートクローンを選抜確立した。
2.ヅボイシア毛状根による医薬品であるscopolamineの生産
Hyoscyamineをscopolamineに変換する植物由来のH6H遺伝子を導入したクローンから高scopolamine生産クローンを選抜した結果、95%以上がscopolamineとなることを見出した。
3.ハマボウフウ培養組織による医薬/工業用原料であるocoumarin類の生産
1)ストレスで始めて誘導されるfuranocoumarinは酵母エキス処理では培養葉で生産が確認できた。
2)AsA処理で培養根と葉の両者で顕著にfuranocoumarinの生産が誘導され、根での誘導の始めての例となった。
4.ヒヨス毛状根によるビタミンB_2の生産
鉄欠乏下で培養したときにヒヨス毛状根により誘導されるビタミンB_2の生産が、根端の太さと数に依存することを見出し、高生産するエリートクローンを選抜した。

研究成果

• [雑誌論文] Root tip-dependet, active ribolfavin secretion by Hyoscyamus albus hairy roots under iron deficiency (2008)
  • 著者名/発表者名: A Higa, E Miyamoto, L Rahman, Y Kitamura
  • 雑誌名: Plant Physiology and Biochemistry 46 ページ: 452-460
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
  • 査読あり
• [雑誌論文] Root tip-dependent, active riboflavin secretion by Hyoscyamus albus hairy roots under iron deficiency (2008)
  • 著者名/発表者名: Higa, A., Miyamoto, E., Rahman, L., Kitamura, Y
  • 雑誌名: Plant Physiology and Biochemistry 46 ページ: 452-460
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [雑誌論文] Different responses of shoot and root cultures of Glehnia littoralis to yeast extract (2007)
  • 著者名/発表者名: A Ishikawa, Y Kitamura, Y Ozeki, M Watanabe
  • 雑誌名: Journal of Natural Medicine 61 ページ: 30-37
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
  • 査読あり
• [雑誌論文] Synthesis and fluorescence of 2H-pyrone derivatives for organic light-emitting diodes(OLED) (2007)
  • 著者名/発表者名: Mizuyama N; Murakami Y; Kohara S; Ueda K; Hiraoka K; Nagaoka J; Takahashi K; Shigemitsu Y; Tominaga, Y
  • 雑誌名: Journal of Heterocyclic Chemistry 44 ページ: 115-132
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
  • 査読あり
• [雑誌論文] Different responses of shoot and root cultures of Glehnia littoralis to yeast extract (2007)
  • 著者名/発表者名: Ishikawa, A., Kitamura, Y., Ozeki, Y., Watanabe, M
  • 雑誌名: Journal of Natural Medicines 61 ページ: 30-37
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [雑誌論文] Synthesis and fluorescence of 2H-pyrone derivatives for organic light-emitting diodes(OLED) (2007)
  • 著者名/発表者名: Mizuyama, N., Murakami, Y., Kohra, S., Ueda, K., Hiraoka, K., Nagaoka, J., Takahashi, K., Shigemitsu, Y., Tominaga, Y
  • 雑誌名: Journal of Heterocyclic Chemistry 44 ページ: 115-132
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [雑誌論文] Exogenous plant H6H but not bacterial HCHL gene is expressed in Duboisia leichhardtii hairy roots and affects tropane alkaloid production (2006)
  • 著者名/発表者名: L Rahman, Y Kitamura, J Yamaguchi, M Mukai, K Akiyama, H Yamamoto
  • 雑誌名: Enzyme and Microbial Technology 39 ページ: 1183-1189
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
  • 査読あり
• [雑誌論文] Nondestructive detection of plant water stress by microwave sensing (2006)
  • 著者名/発表者名: T Shimomachi, T Takemasa, K Kurata, T Takakura
  • 雑誌名: Acta Horticulturae 710 ページ: 465-470
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
  • 査読あり
• [雑誌論文] S Reaction of functionalized maleimides with versatile nucleophiles.Synthesis, electronic spectra and moleoular orbital study (2006)
  • 著者名/発表者名: Y Shigenmitsu, K Komiya, N Mizuyama, Y Tominaga
  • 雑誌名: Dyes and Pigments 72 ページ: 271-284
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
  • 査読あり
• [雑誌論文] Synthesis and steady-state spectroscopic study of 5-arly-2,2'-bipyridyls.New fluorescent compounds in solid state (2006)
  • 著者名/発表者名: N Mizuyama, Y Tominaga, S Kohra, K Ueda, S Hirayama, Y Shigemitsu
  • 雑誌名: Bulletin of the Chemical Society of Japan 79 ページ: 602-611
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
  • 査読あり
• [雑誌論文] Exogenous plant H6H but not bacterial HCHL gene is expressed in Duboisia leichhardtii hairy roots and affects tropane alkaloid production (2006)
  • 著者名/発表者名: Rahman, L., Kitamura, Y., Yamaguchi, J., Mukai, M., Akiyama, K., Yamamoto, H., Muranaka, T., Ikenaga, T
  • 雑誌名: Enzyme and Microbial Technology 39 ページ: 1183-1189
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [雑誌論文] Nondestructive detection of plant water stress by microwave sensing (2006)
  • 著者名/発表者名: Shimomachi, T., Takemasa, T., Kurata, K., Takakura, T
  • 雑誌名: Acta Horticulturae 710 ページ: 465-470
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [雑誌論文] Reaction of functionalized maleimides with versatile nucleophiles. Synthesis, electronic spectra and molecular orbital study (2006)
  • 著者名/発表者名: Shigemitsu, Y., Komiya, K., Mizuyama, N., Tominaga, Y
  • 雑誌名: Dyes and Pigments 72 ページ: 271-284
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [雑誌論文] Synthesis and steady-state spectroscopic study of 5-aryl-2, 2'-bipyridyls. New fluorescent compounds in solid state (2006)
  • 著者名/発表者名: Mizuyama, N., Tominaga, Y., Kohra, S., Ueda, K., Hirayama, S., Shigemitsu, Y
  • 雑誌名: Bulletin of the Chemical Society of Japan 79 ページ: 602-611
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [学会発表] Difference of furanocoumarin production between two kinds of cells of Glehnia littoralis and constitutive expression of BMT (2007)
  • 著者名/発表者名: Ishikawa, A., Kobayashi, N., Itoh, Y., Yamada, A., Ozeki, Y., Kitamura, Y
  • 学会等名: The 25th conference of Japanese society for Plant Cell and Molecular Biology
  • 発表場所: Tiba
  • 年月日: 20070808-09
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [学会発表] Differences of riboflavin secretion among various roots of Hyoscyamus albus under iron deficiency (2007)
  • 著者名/発表者名: Higa, A., Kitamura, Y
  • 学会等名: The 25th conference of Japanese society for Plant
  • 発表場所: Tiba
  • 年月日: 20070808-09
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [学会発表] 変異ニンジン懸濁培養細胞株におけるアントシアニンアシル基転移酸素の特性 (2007)
  • 著者名/発表者名: 奥田 裕樹, 阿部 裕, 野田 尚信, 鈴木 正彦, 寺坂 和祥, 水上 元, 石川 彩, 小林 信之, 北村 美江, 山田 晃世, 小関 良宏
  • 学会等名: 第48回日本植物生理学会年会
  • 発表場所: 松山
  • 年月日: 20070328-30
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [学会発表] Characterization of anthocyanin acyltransferase in mutant carrot cell suspension culturesq (2007)
  • 著者名/発表者名: Okuda, H., Abe, H., Noda, H., Suzuki, M., Terasaka, K., Mizukami, H., Ishikawa, A., Kobayashi, N., Kitamura, Y., Yamada, A., Ozeki, Y
  • 学会等名: The 48th Annual meeting of Japanese society for Plant physiology
  • 年月日: 20070328-30
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [学会発表] ヒヨスの様々な根での鉄次乏下におけるリボフラビン放出の違い (2007)
  • 著者名/発表者名: 比嘉 中, 北村 美江
  • 学会等名: 第25回日本植物細胞分子生物学会
  • 発表場所: 千葉
  • 年月日: 2007-08-08
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [学会発表] ハマボウフウの二種類の培養細胞のフラノクマリン生合成の違いとBMTの恒常的発現 (2007)
  • 著者名/発表者名: 石川 彩, 小林 信之, 伊藤 佳央, 山田 晃世, 小関 良宏, 北村 美江
  • 学会等名: 第25回日本植物細胞分子生物学会
  • 発表場所: 千葉
  • 年月日: 2007-08-08
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [学会発表] 鉄欠乏ストレスがヒヨス根状根のリボフラビン放出に与える影響 (2007)
  • 著者名/発表者名: 比嘉 中, 宮本 絵里香, 北村 美江
  • 学会等名: 第26回根研究集会
  • 発表場所: 久留米
  • 年月日: 2007-05-12
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [学会発表] アスコルビン酸によるハマボウフウ培養根のファイトアレキとンの誘導 (2007)
  • 著者名/発表者名: 石川 彩, 小林 信之, 北村 美江
  • 学会等名: 第26回根研究集会
  • 発表場所: 久留米
  • 年月日: 2007-05-12
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [学会発表] The effect of iron deficiency on riboflavin secretion by Hyoscyamus albus hairy roots (2007)
  • 著者名/発表者名: Higa, A., Miyamoto, E., Kitamura, Y
  • 学会等名: The 26th Meeting of Japanese society for Root Research
  • 発表場所: Kurume
  • 年月日: 2007-05-12
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [学会発表] Phytoalexin induction by AsA in Glehnia littoralis roots (2007)
  • 著者名/発表者名: Ishikawa, A., Kobayashi, N., Kitamura, Y
  • 学会等名: The 26th Meeting of Japanese society for Root Research
  • 発表場所: Kurume
  • 年月日: 2007-05-12
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [学会発表] Bacterial HCHL Gene Expression in Hairy Roots of Sugar Beet Causes the Production of Free 4-Hydroxybenzoic Acid (2006)
  • 著者名/発表者名: Kitamura Y, Rahman LU, Maeda I, Parr A, Narbard A, Walton N, Ikenaga T
  • 学会等名: 11th IAPTC & B Congress
  • 発表場所: Beijing
  • 年月日: 20060813-18
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [学会発表] Ascorbates are involved in phytoalexin induction in organ tissues of Glehnia littoralis (2006)
  • 著者名/発表者名: Ishikawa A, Kobayashi N, Kitamura Y
  • 学会等名: 11th IAPTC & B Congress
  • 発表場所: Beijing
  • 年月日: 20060813-18
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [学会発表] HCHL Bacterial gene expression in hairy roots of sugar beet causes the production of Free 4-hydroxybenzoic acid (2006)
  • 著者名/発表者名: Kitamura, Y., Rahman, LU., Maeda, I., Parr, A., Narbard, A., Walton, N., Ikenaga, T
  • 学会等名: 11th IAPTC&B Congress
  • 発表場所: Beijin
  • 年月日: 20060813-18
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [学会発表] Ascorbates are involved in phytoalexin induction in organ cultures of Glehnia littoralis (2006)
  • 著者名/発表者名: Ishikawa, A., Kobayashi, N., Kitamura, Y
  • 学会等名: 11th IAPTC&B Congress
  • 発表場所: Beijin
  • 年月日: 20060813-18
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [学会発表] ハマボウフウの形質転換した培養根によるストレス下でのフラノクマリンの生産 (2006)
  • 著者名/発表者名: 寺戸 政紘, 石川 彩, 山田 耕史, 北村 美江
  • 学会等名: 第24回日本植物細胞分子生物学会
  • 発表場所: つくば
  • 年月日: 20060729-30
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [学会発表] ヒヨスも根状根における鉄欠乏ストレスの影響 (2006)
  • 著者名/発表者名: 比嘉 中, 北村 美江
  • 学会等名: 第24回日本植物細包分子物学会
  • 発表場所: つくば
  • 年月日: 20060729-30
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [学会発表] Furanocoumarin production under stress condition by transformed cultured roots of Glehnia littoralis (2006)
  • 著者名/発表者名: Terato, M., Ishikawa, A., Yamada, K., Kitamura, Y
  • 学会等名: The 24th conference of Japanese society for Plant Cell and Molecular Biology
  • 発表場所: Tsukuba
  • 年月日: 20060729-30
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [学会発表] The effect of iron deficiency to Hyoscyamus albus hairy roots (2006)
  • 著者名/発表者名: Higa, A., Kitamura, Y
  • 学会等名: The 24th conference of Japanese society for Plant Cell and Molecular Biology
  • 発表場所: Tsukuba
  • 年月日: 20060729-30
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より