2022 Fiscal Year Annual Research Report
Elucidation of the mechanism for antitumor lignan biosynthesis based on integrated genome analysis
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22H02406
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| Allocation Type | Single-year Grants |
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| Research Institution | Kyoto University |
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Principal Investigator |
梅澤 俊明 京都大学, 生存圏研究所, 教授 (80151926)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
飛松 裕基 京都大学, 生存圏研究所, 准教授 (20734221)
山村 正臣 徳島大学, 大学院社会産業理工学研究部(生物資源産業学域), 准教授 (00948367)
金谷 重彦 奈良先端科学技術大学院大学, 先端科学技術研究科, 教授 (90224584)
小野 直亮 奈良先端科学技術大学院大学, データ駆動型サイエンス創造センター, 准教授 (60395118)
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| Project Period (FY) |
2022-04-01 – 2025-03-31
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| Keywords | ポドフィロトキシン / リグナン / 統合ゲノム解析 / 発現遺伝子解析 / 代謝物解析 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
ポドフィロトキシンは、ヒノキ科樹木やメギ科・セリ科の多年草が産生する抗腫瘍性リグナンであり、抗がん薬の生産原料として用いられている重要化合物である。近年研究代表者らは、ポドフィロトキシンの生合成経路が植物種により異なり、それぞれ独自に収斂進化してきたことを明らかにした。しかし、その代謝統御機構の全貌解明には至っておらず、昨今急速に進歩している統合ゲノム解析に基づくこれらの並行経路の統御機構の総合的解明が必須となっている。本研究では、ポドフィロトキシン産生植物につき、ゲノム情報解析、発現遺伝子網羅解析、代謝物解析を進め、これらの情報を統合的に解析することによりポドフィロトキシン生合成並行経路統御系の独自性と共通性を含めた統御の全体像の解明を進める。
本年度は、まず、標的植物のスパシオテンポラルな遺伝子発現網羅解析データ取得に関する実験を進めた。
さらに、標的植物につき異なる生育時期と組織から二次代謝産物を溶媒抽出し、ポドフィロトキシン生合成前駆体を中心にリグナンのスパシオテンポラルな検出を行った。
また、各種植物ゲノム上のリグナン生合成系遺伝子の探索とリグナン生合成全体像の解明にむけて、未同定のポドフィロトキシン生合成系遺伝子を取得し、その組換え酵素を用いた機能解析を進めた。特に、ポドフィロトキシン生合成における鍵段階の一つであるテトラリン環形成酵素の機能解析とポドフィロトキシンのメトキシ基形成に関わるメチル基転移酵素の機能解析を通じ、ポドフィロトキシン生合成系が各種植物で収斂進化するとともに、各酵素のスーパーファミリー内で、同じ機能を持った酵素が各種植物に於いて平行進化していることを示した。
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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
本研究では、ポドフィロトキシン産生植物につき、ゲノム情報解析、発現遺伝子網羅解析、代謝物解析を進め、これらの情報を統合的に解析することによりポドフィロトキシン生合成並行経路統御系の独自性と共通性を含めた統御の全体像の解明を進めることを目的としている。このため、１）標的植物の発現遺伝子の網羅解析、２）標的植物におけるリグナンの網羅解析及び、３）標的植物ゲノム上のリグナン生合成系遺伝子の探索とリグナン生合成全体像の解明の3項目を設定した。
本年度は、以上のうち、標的植物のスパシオテンポラルな遺伝子発現網羅解析データ取得に関する実験を進めるとともに、標的植物について、ポドフィロトキシン生合成前駆体を中心にリグナンのスパシオテンポラルな検出を行い、さらに、標的植物ゲノム上のリグナン生合成系遺伝子の探索にむけて、未同定のポドフィロトキシン生合成系遺伝子を取得し、その組換え酵素を用いた機能解析を進めた。以上の様に当初の計画通り研究を進展させている。
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| Strategy for Future Research Activity |
今後の研究の推進方策は、以下に示すように当初計画通りである。
１）各種植物の発現遺伝子の網羅解析：前年度に引き続き、標的植物につき異なる生育時期と組織からRNAを抽出し、様々な生育時期と組織に関する遺伝子発現網羅解析データを取得する。
２）各種植物におけるリグナンの網羅解析：前年度に引き続き、標的植物につき異なる生育時期と組織から二次代謝産物を溶媒抽出し、ポドフィロトキシン生合成前駆体を中心にリグナンのスパシオテンポラルな検出を行う。
３）各種植物ゲノム上のリグナン生合成系遺伝子の探索とリグナン生合成全体像の解明：各種植物のゲノムデータから、解析用の研究グループ内（インハウス）データベースを作成する。さらに、機能未知酵素遺伝子の機能解析、及び機能既知酵素遺伝子の情報を用いた遺伝子発現とリグナン検出の同時性（同期性）の解析を基盤として、ポドフィロトキシン生合成系酵素遺伝子及び転写因子などの制御系遺伝子を網羅的に抽出する。
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[Journal Article] Two O-methyltransferases from Phylogenetically Unrelated Cow Parsley (Anthriscus sylvestris) and Hinoki-asunaro (Thujopsis dolabrata var. hondae) as a Signature of Lineage-specific Evolution in Lignan Biosynthesis2023
Author(s)
Masaomi Yamamura, Masato Kumatani, Akira Shiraishi, Yu Matsuura, Keisuke Kobayashi, Ayano Suzuki, Atsushi Kawamura, Honoo Satake, Safendrri Komara Ragamustari, Shiro Suzuki, Hideyuki Suzuki, Daisuke Shibata, Shingo Kawai, Eiichiro Ono, Toshiaki Umezawa
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Journal Title
Plant and Cell Physiology
Volume: 64
Pages: 124-147
DOI
Peer Reviewed / Int'l Joint Research
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