多様な植物アルカロイド代謝機構の分化における異形細胞の機能解明

阐明异形细胞在多种植物生物碱代谢机制分化中的功能

• 批准号: 20J00973
• 负责人: 山本 浩太郎
• 金额: $ 3.08万
• 依托单位: Chiba University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for JSPS Fellows
• 财政年份: 2020
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2020-04-24 至 2023-03-31
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-20J00973/
• 关键词: 植物二次代謝; 異形細胞; アルカロイド; 一細胞オミクス; 一細胞メタボロミクス; 一細胞トランスクリプトミクス

植物の組織内には周囲の細胞とは形、大きさ、構造、内容物などが異なる細胞が存在する場合があり、これらの細胞を異形細胞と呼んでいる。これまで代謝に関与するのではないかと考えられてきた異形細胞であるが、その役割・発生過程・類似性・二次代謝との関連性などは未だによくわかっていない。本研究は多様な植物に存在する異形細胞の形態分化と代謝分化の関連性を明らかにすることを目的として行った。主要な研究植物として、Vinblastineなどの抗がん剤となるTerpenoid indole alkaloid（TIA）をはじめ、多様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を用いた。このニチニチソウは異形細胞に複数のTIAを蓄積しているので、TIA代謝と異形細胞の関連性を調べるのに適した実験材料である。ニチニチソウの知見を元に、TIAを生合成する様々な植物の異形細胞における代謝機構についても調べた。ニチニチソウの細胞や組織レベルでのオミクスデータを駆使して、ニチニチソウの異形細胞におけるTIA代謝に関与するSerpentine synthaseやその他複数の酵素を同定してきた。ウイルス誘導性遺伝子サイレンシング（VIGS）法を用いたスクリーニングによりSerpentine synthaseを見つけ、その機能や細胞内局在を調べた成果は、Plant Physiology誌に掲載された。その他の植物に関しては、キョウチクトウ科のツルニチニチソウやアカネ科の植物などの組織や細胞の観察をした後、組織レベルでのオミクスデータを取得してきた。ニチニチソウの近縁種であるツルニチニチソウについては、UVで励起して蛍光を放つTIA物質の情報を元に異形細胞を分類し、一細胞レベルでメタボロームデータの取得を進めてきた。現在、本研究で得られた成果を論文として投稿する準備をしている。

In plant tissues, the cells of the circumference are different in shape, size, structure and content. The relationship between metabolism and heteromorphism is similar to that of secondary metabolism. The purpose of this study is to clarify the relationship between morphological differentiation and metabolic differentiation of heteromorphic cells in various plants. The main research plants are Terpenoid indole alkaloids (TIA), and the production of multiple secondary metabolites. This is the first time that a variety of TIA events have occurred in heteromorphic cells, and the second time that TIA events have occurred in heteromorphic cells. The plant's metabolic machinery is regulated by the knowledge and synthesis of TIA. Serpentine synthase and other enzymes associated with TIA metabolism in heteromorphic cells of the same species are also identified. The VIGS method is used to detect and detect Serpentine synthase, and its functions are described in Plant Physiology. Other plant species are related to the growth of plant cells and tissues, and the growth of plant species is related to the growth of plant cells and tissues. The information of TIA substance is classified into heteromorphic cells, and the information of cells is obtained by UV excitation. Now, this research is ready for submission.

项目成果

Differential regulation of fluorescent alkaloid metabolism between idioblast and lacticifer cells during leaf development in Catharanthus roseus seedlings

• DOI: 10.1007/s10265-022-01380-1
• 发表时间: 2022-03
• 期刊: Journal of Plant Research
• 影响因子: 2.8
• 作者: Mai Uzaki;Kotaro Yamamoto;A. Murakami;Yushiro Fuji;M. Ohnishi;K. Ishizaki;H. Fukaki;M. Hirai;T. Mimura

薬用植物ニチニチソウをモデルとしたアルカロイド代謝分化過程の解析

以药用植物长春花为模型分析生物碱代谢分化过程

• 发表时间: 2020
• 作者: 鵜崎真妃;山本浩太郎;村上明男;大西美輪;七條千津子;高橋勝利;石崎公庸;深城英弘;三村徹郎;平井優美
• 通讯作者: 平井優美

植物細胞におけるアルカロイドの単一細胞質量分析

植物细胞中生物碱的单细胞质谱分析

• 发表时间: 2020
• 期刊: 植物の生長調節（Regulation of plant growth & development）
• 作者: 山本浩太郎;三村徹郎
• 通讯作者: 三村徹郎

ニチニチソウにおけるアルカロイド代謝機構の解析

长春花生物碱代谢机制分析

• 发表时间: 2020
• 作者: 山本 浩太郎;Rodriguez Lopez Carlos Eduardo;Grzech Dagny;鵜崎 真妃;Caputi Lorenzo;三村 徹郎;山崎 真巳;O'Connor Sarah E.
• 通讯作者: O'Connor Sarah E.

薬用植物ニチニチソウの発芽に伴うアルカロイド代謝変動の解析

药用植物长春花萌发相关生物碱代谢变化分析

• 发表时间: 2021
• 作者: 鵜崎真妃;山本浩太郎;村上明男;大西美輪;七條千津子;石崎公庸;深城英弘;三村徹郎;平井優美
• 通讯作者: 平井優美