堀健太郎 生命科学研究科教務補佐員、山田泰之 同特定研究員、Ratmoyo Purwanto 同博士課程学生、佐藤文彦 同教授らの研究グループは、国立遺伝学研究所、かずさDNA研究所と共同で、ケシ科ハナビシソウのゲノム配列を解読し、ハナビシソウが作り出す有用二次代謝産物イソキノリンアルカロイドの生合成酵素遺伝子の構造と機能を解析しました。その結果、CYP82遺伝子ファミリーがハナビシソウにおいて機能分化し、ハナビシソウのイソキノリンアルカロイドの多様化に貢献していることが明らかになりました。
本研究成果は、2017年12月29日に「Plant and Cell Physiology」誌にオンライン掲載されました。
研究者からのコメント
左から、佐藤教授、山田特定研究员、堀教务补佐员
これまで、ゲノムの解読は、非常に困难であると考えられてきました。今回、ハナビシソウのゲノム解読により、多様な二次代谢系の进化の解明、ならびに、新たな生合成酵素遗伝子の発掘の糸口ができたと、研究のさらなる展开に期待しています。
概要
植物は様々な有用な二次代谢产物を产生しますが、その中でも含窒素化合物であるアルカロイドは顕着な生理活性を示し、モルヒネやビンブラスチン等医薬品としても用いられるものが多く存在します。これらのアルカロイドの中で、チロシンから生合成されるイソキノリンアルカロイドは、モルヒネの他に、ベルベリン等の有用医薬品を含むとともに、その构造の多様性が知られています。イソキノリンアルカロイドの生合成系については、京都大学、ドイツ／アメリカ、カナダの研究グループを中心に、生合成酵素、さらには、生合成酵素遗伝子の単离と解析等が精力的に进められ、多くの生合成酵素遗伝子の同定が进んでいます。また、これらの知见をもとに、植物における代谢工学のみならず、微生物による合成生物学的生产等が可能となってきています。しかし、どのようにその生合成系が进化発展してきたかは、まだ十分には解明されていません。
本研究グループは、北米原产の园芸植物であり、かつ薬用植物でもあるケシ科のハナビシソウのゲノム配列を解読しました。ハナビシソウは、イソキノリンアルカロイド生合成系のモデル植物ともなっています。そのゲノム情报をもとに、ハナビシソウが作り出す有用二次代谢产物イソキノリンアルカロイドの生合成酵素遗伝子、特に、アルカロイドの多様性を生み出すチトクロム笔450遗伝子の构造と机能を解析しました。
その结果、チトクロム笔450遗伝子群のうち、颁驰笔82ファミリーがハナビシソウにおいて多様化するとともに机能分化し、ハナビシソウのイソキノリンアルカロイドの多様化に贡献していることが明らかになりました。
図：ハナビシソウと多様な笔450（颁驰笔82）遗伝子ファミリー
详しい研究内容について
书誌情报
【顿翱滨】
【碍鲍搁贰狈础滨アクセス鲍搁尝】
Kentaro Hori, Yasuyuki Yamada, Ratmoyo Purwanto, Yohei Minakuchi, Atsushi Toyoda, Hideki Hirakawa, Fumihiko Sato (2018). Mining of the Uncharacterized Cytochrome P450 Genes Involved in Alkaloid Biosynthesis in California Poppy Using a Draft Genome Sequence. Plant and Cell Physiology, 59(2), 222-233.
