「共生糸状菌」からの二次代謝産物発掘および生物間相互作用における役割の解明

2021 年度 実施状況報告書

• 研究課題/領域番号: 20K05820
• 研究機関: 国立研究開発法人理化学研究所
• 研究代表者: 本山 高幸 国立研究開発法人理化学研究所, 環境資源科学研究センター, 専任研究員 (70291094)
• 研究期間 (年度): 2020-04-01 – 2023-03-31
• キーワード: 応用微生物 / 菌類 / ゲノム / 抗生物質 / 共生

研究実績の概要

本年度は、イネいもち病菌Pyricularia oryzaeを中心とした共生糸状菌を対象に、新しいタイプの二次代謝酵素を活用した化合物発掘及び二次代謝活性化による化合物発掘を行い、二次代謝産物の役割を解明するための基盤研究を行った。
新しいタイプの二次代謝酵素を活用した共生糸状菌からの化合物発掘では、グループD TAS1ホモログがテヌアゾン酸とは異なる新規化合物を生合成することを見出していた。この新規化合物の生合成の鍵となるドメインを見出すために、テヌアゾン酸の生合成酵素TAS1（グループA）とのドメイン交換実験を行い、KSドメインが鍵となることを示唆するデータを得た。
二次代謝活性化による共生糸状菌からの化合物発掘と活性化メカニズムの解析では、イネいもち病菌を含む糸状菌において二次代謝を制御する活性を持つ化合物NPD938を用いた解析を行った。我々は、植物の葉面から単離した糸状菌Fusarium sp. RK97-94が細胞周期阻害剤であるルシラクタエンを生産することを見出していたが、本菌をNPD938で処理することにより、ルシラクタエンの類縁化合物の生産誘導が引き起こされることを見出した。これらの中から、非常に強力な抗マラリア活性（IC50=1.5 nM）を示す新規化合物dihydrolucilactaene（DHLC）を単離し、同定した。
共生糸状菌の宿主を用いた二次代謝産物の役割の解析では、イネいもち病菌が生産する二次代謝産物テヌアゾン酸の役割を解析した。テヌアゾン酸の生合成遺伝子TAS1の発現は感染後期に誘導され、テヌアゾン酸は感染後期に何らかの機能を持つことが示唆された。また、TAS1を常時発現させると、イネのジャスモン酸応答遺伝子等の発現誘導を引き起こし、いもち病菌の感染を阻害することが示唆された。

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

本年度は、イネいもち病菌Pyricularia oryzaeを中心とした共生糸状菌を対象に、新しいタイプの二次代謝酵素を活用した化合物発掘及び二次代謝活性化による化合物発掘を行い、二次代謝産物の役割を解明することを目的とした。グループD TAS1ホモログとTAS1とのドメイン交換実験を行い、KSドメインが生合成する化合物の構造の違いを決める鍵となることを見出した。また、テヌアゾン酸の生産を誘導する化合物NPD938でルシラクタエン生産菌を処理することにより、非常に強力な抗マラリア活性を示す新規化合物DHLCを取得することに成功した。更に、テヌアゾン酸がイネいもち病菌の感染を抑制するメカニズムに関して知見を得た。以上のように、おおむね順調に研究が進展していると考える。

今後の研究の推進方策

新しいタイプの二次代謝酵素を活用した共生糸状菌からの化合物発掘では、グループD TAS1ホモログに関する解析を主に行い、関連する成果に関して学会及び論文での発表を行う。二次代謝活性化による共生糸状菌からの化合物発掘と活性化メカニズムの解析では、非常に強力な抗マラリア活性を示す新規化合物DHLC等の生合成メカニズムに関する解析を行う。共生糸状菌の宿主を用いた二次代謝産物の役割の解析では、イネいもち病菌を主に用いて、二次代謝産物の機能解析を行なう。

次年度使用額が生じた理由

理由
次年度使用額が1,374,027円生じた。新しいタイプの二次代謝酵素TAS1のホモログを用いた共生糸状菌からの化合物発掘において、グループC TAS1ホモログが生産する化合物に関して様々な解析を行う予定であったが、化合物の大量生産や精製が非常に難しく、研究を研究計画通り遂行することが困難であった。そのため、化合物精製や構造決定および生理作用解析等に関する研究費が減少し未使用額が生じた。
使用計画
次年度は、当初の予定より、化合物の構造決定や生合成メカニズムの解析に関連する研究経費の増大が見込まれ、必要な研究費の総額が増加するため、次年度使用額1,374,027円はその経費に充てることとしたい。次年度に請求する研究費110万円とあわせて2,474,027円で次年度の研究を行う。約167万円で物品購入を行い、研究を遂行する。旅費の30万円で研究成果の発表を行う。その他の50万円で英文校閲等を行う。

研究成果

• [雑誌論文] Identification of Scytalone Dehydratase Inhibitors Effective against Melanin Biosynthesis Dehydratase Inhibitor-Resistant <i>Pyricularia oryzae</i> (2022)
  • 著者名/発表者名: Motoyama Takayuki、Kondoh Yasumitsu、Shimizu Takeshi、Hayashi Teruo、Honda Kaori、Uchida Motoko、Osada Hiroyuki
  • 雑誌名: Journal of Agricultural and Food Chemistry 巻: 70 ページ: 3109～3116
  • DOI: 10.1021/acs.jafc.1c04984
  • 査読あり
• [雑誌論文] Screening of tenuazonic acid production-inducing compounds and identification of NPD938 as a regulator of fungal secondary metabolism (2021)
  • 著者名/発表者名: Motoyama Takayuki、Ishii Tomoaki、Kamakura Takashi、Osada Hiroyuki
  • 雑誌名: Bioscience, Biotechnology, and Biochemistry 巻: 85 ページ: 2200～2208
  • DOI: 10.1093/bbb/zbab143
  • 査読あり
• [雑誌論文] Tenuazonic acid production is dispensable for virulence, but its biosynthetic gene expression pattern is associated with the infection of <i>Pyricularia oryzae</i> (2021)
  • 著者名/発表者名: Kashiwa Takeshi、Motoyama Takayuki、Yoshida Kazuko、Yun Choong-Soo、Osada Hiroyuki
  • 雑誌名: Bioscience, Biotechnology, and Biochemistry 巻: 86 ページ: 135～139
  • DOI: 10.1093/bbb/zbab195
  • 査読あり
• [雑誌論文] Dihydrolucilactaene, a Potent Antimalarial Compound from <i>Fusarium</i> sp. RK97-94 (2021)
  • 著者名/発表者名: A. Abdelhakim Islam、Bin Mahmud Fauze、Motoyama Takayuki、Futamura Yushi、Takahashi Shunji、Osada Hiroyuki
  • 雑誌名: Journal of Natural Products 巻: 85 ページ: 63～69
  • DOI: 10.1021/acs.jnatprod.1c00677
  • 査読あり
• [雑誌論文] Biosynthesis and biological function of secondary metabolites of the rice blast fungus <i>Pyricularia oryzae</i> (2021)
  • 著者名/発表者名: Motoyama Takayuki、Yun Choong-Soo、Osada Hiroyuki
  • 雑誌名: Journal of Industrial Microbiology and Biotechnology 巻: 48 ページ: -
  • DOI: 10.1093/jimb/kuab058
  • 査読あり / オープンアクセス
• [学会発表] Discovery of new lucilactaene derivatives with potent antimalarial activity and their structure-activity relationship (2022)
  • 著者名/発表者名: A. Abdelhakim Islam、Bin Mahmud Fauze、Motoyama Takayuki、Nogawa Toshihiko、Futamura Yushi、Takahashi Shunji、Osada Hiroyuki
  • 学会等名: 日本農芸化学会2022年度大会
• [学会発表] Mode of action study of dihydrolucilactaene，a new highly potent antimalarial compound (2022)
  • 著者名/発表者名: Bin Mahmud Fauze、Futamura Yushi、A. Abdelhakim Islam、Motoyama Takayuki、Takahashi Shunji、Lai Ngit Shin、Osada Hiroyuki
  • 学会等名: 日本農芸化学会2022年度大会