2015 Fiscal Year Annual Research Report
単離細胞解析に基づくニチニチソウ葉組織二次代謝機構の解明とその再構築
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14J03616
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| Research Institution | Kobe University |
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Principal Investigator |
山本 浩太郎 神戸大学, 理学研究科, 特別研究員(DC1)
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| Project Period (FY) |
2014-04-25 – 2017-03-31
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| Keywords | 二次代謝 / アルカロイド / メタボロミクス / トランスクリプトミクス / 薬用植物 / 異形細胞 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
ニチニチソウは、VinblastineやVincristineなどの抗がん剤となるTerpenoid indole alkaloid（TIA）をはじめとして、様々な二次代謝産物を生産することで著名な薬用植物である。ニチニチソウのTIA合成は、一連の合成過程が一つの細胞内で完結せず、葉組織や茎組織において葉肉細胞、表皮細胞など様々な細胞を経由して進むことが報告されている。特に異形細胞（Idioblast cell）で重要なTIA代謝過程が進み、合成された最終産物が異形細胞の液胞に蓄積されると考えられているが、これらの細胞内や細胞間における二次代謝の分子機構は十分に理解されていない。
本研究では、ニチニチソウ葉組織と茎組織における細胞レベルでのアルカロイドの分布を解明するために、一細胞質量分析技術や質量顕微鏡を用いたメタボローム解析を試みた。その結果、CatharanthineやStrictosidineなど、これまで想定されていなかったTIA産物が異形細胞に局在していることが明らかになった。また、一細胞質量分析技術を用いて葉原基の異形細胞に局在する代謝物の解析を進めたところ、展開した葉組織や茎組織の異形細胞と異なるアルカロイドの蓄積が見られた。この結果は、これまで同じ種類の異形細胞と考えられてきた細胞でも、組織もしくは発生ステージによって代謝分化が変化している可能性を示唆している。
さらに、TIA代謝で重要な役割を果たしていると考えられる異形細胞を中心に、皮層細胞、異形細胞、茎組織全体のそれぞれで、次世代シークエンサーを用いたRNA-seq解析を行った。これまで報告されているTIA合成酵素遺伝子の検出と共に異形細胞特異的に発現している遺伝子の候補を複数挙げることにも成功した。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
本年度の研究においてニチニチソウ葉組織の各細胞に局在するTIA産物を明らかにした。葉組織のデータとこれまでの茎組織のデータを合わせることによって、ニチニチソウの地上部における細胞レベルでのメタボロームデータの基盤の構築を完了した。さらに、茎組織のTIA産物の細胞局在を明らかにした論文を米国アカデミー紀要（PNAS）で発表もできたため。
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| Strategy for Future Research Activity |
今年度は前年度の茎組織のデータに加え、葉組織におけるTIA産物の局在を明らかにした。今後、植物の地上部におけるTIA代謝のしくみを明らかにするために、葉組織においても細胞レベルでのRNA-Seq解析を進める予定である。さらに、今回のメタボローム解析によって異形細胞で完結すると示唆されたTIA代謝経路に関して調べるために、ラベル化された前駆物質を一つの異形細胞に与えて、代謝フラックス解析を行う予定である。細胞レベルでのより詳細なTIA代謝を調べるために、細胞を長時間培養・観察できるマイクロデバイスの作成にも着手する。
これまでの細胞レベルにおけるRNA-seq解析の結果より、異形細胞で特異的に発現しているTIA合成酵素やトランスポーターの候補遺伝子を挙げることに成功した。次年度は、この候補遺伝子の機能解析を進める予定である。
また、TIA産物は最終的に液胞へと蓄積されると考えられているので、各細胞の液胞を単離しプロテオーム解析をすることによって、オルガネラレベルでの代謝機構の解明も目指す。
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Research Products
(8 results)
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[Presentation] 木本植物の心材形成時における栄養塩回収機構の解析2015
Author(s)
真鍋瞬, 栗田悠子, 馬場啓一, 山本浩太郎, 高橋勝利, 大西美輪, 小菅桂子, 七條千津子, 石崎公庸, 深城英弘, 三村徹郎
Organizer
若手フロンティア研究発表会2015
Place of Presentation
神戸大学（兵庫県神戸市）
Year and Date
2015-12-25
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[Presentation] ニチニチソウ組織におけるTerpenoid indole alkaloidの合成と蓄積機構の解明2015
Author(s)
山本浩太郎, 大西美輪, 姉川彩, 高橋勝利, 水野初, 村上明男, 石崎公庸, 山崎真巳, 深城英弘, 升島努, 三村徹郎
Organizer
日本植物学会第79回大会
Place of Presentation
朱鷺メッセ：新潟コンベンションセンター（新潟県新潟市）
Year and Date
2015-09-06 – 2015-09-08
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[Presentation] ランタナの花色変化における生理課程解析2015
Author(s)
桑原大季, 山本浩太郎, 大西美輪, 七條千津子, 水野初, 石崎公庸, 深城英弘, 升島努, 三村徹郎
Organizer
日本植物学会第79回大会
Place of Presentation
朱鷺メッセ：新潟コンベンションセンター（新潟県新潟市）
Year and Date
2015-09-06 – 2015-09-08
