配糖体加水分解を鍵反応とする植物防御機構の解析

高等植物は、生体防御機構の一環として抗菌性を示す様々な成分により病原微生物の感染侵入を化学的に防いでいる。このうちファイトアレキシンの生産蓄積機構については分子レベルでの広範な研究が展開されているのに対し、遺伝子の転写・翻訳を介さないためより迅速に機能する感染初期の防御機構として重要なポストインヒビチンの生産についてはほとんど研究例がなかった。本研究では高等植物に普遍的に存在する植物配糖体の多くがポストインヒビチンとして機能することを2種の薬用植物をモデルに実験的に明らかにすることを試みた。その結果、Costus supeciosus(ホザキアヤメ、ショウガ科)では、温室栽培植物の根茎および無菌培養植物全器官に強いβ-glucosidase活性を検出し、その部分精製酵素の基質特異性の検討から本酵素がフロスタン型ステロール配糖体の26位に結合するグルコース残基に特異的なβ-glucosidaseであることを明かにした。フロスタン型配糖体はサポニン活性を示さない貯蔵物質であり、この加水分解反応で生成するスピロスタン型配糖体が強力な抗菌活性を示すこと、また、フロスタン型配糖体の貯蔵器官と本酵素活性の検出された器官が一致することなどから、ステロール配糖体が植物防御に重要な役割を果たすことを明らかにした。また、イソフラボン配糖体を生産蓄積する(Pueraria lobataクズ、マメ科)培養細胞系においては、エリシター処理によりイソフラブンマロニルグルコサイドの大部分が速やかに細胞壁リグノセルロース画分に取り込まれることを見出だした。イソフラボン誘導体がリグニン化に関与するという知見はこれが初めての例であるが、リグニン化が植物の示す一般的防御反応であることから、ここで見られた細胞壁修飾反応もポストインヒビチンの範疇に入れることができる。これまで機能の明確でなかった植物配糖体が生体防御に機能する物質の貯蔵型として存在するという今回の成果は、植物二次代謝の意義を解明する上で重要な知見である。

高等植物は、生体防御機構の一環として抗菌性を示す様々な成分により病原微生物の感染侵入を化学的に防いでいる。このうちファイトアレキシンの生産蓄積機構については分子レベルでの広範な研究が展開されているのに対し、遺伝子の転写・翻訳を介さないためより迅速に機能する感染初期の防御機構として重要なポストインヒビチンの生産についてはほとんど研究例がなかった。本研究では高等植物に普遍的に存在する植物配糖体の多くがポストインヒビチンとして機能することを2種の薬用植物をモデルに実験的に明らかにすることを試みた。その結果、Costus supeciosus(ホザキアヤメ、ショウガ科)では、温室栽培植物の根茎および無菌培養植物全器官に強いβ-glucosidase活性を検出し、その部分精製酵素の基質特異性の検討から本酵素がフロスタン型ステロール配糖体の26位に結合するグルコース残基に特異的なβ-glucosidaseであることを明かにした。フロスタン型配糖体はサポニン活性を示さない貯蔵物質であり、この加水分解反応で生成するスピロスタン型配糖体が強力な抗菌活性を示すこと、また、フロスタン型配糖体の貯蔵器官と本酵素活性の検出された器官が一致することなどから、ステロール配糖体が植物防御に重要な役割を果たすことを明らかにした。また、イソフラボン配糖体を生産蓄積する(Pueraria lobataクズ、マメ科)培養細胞系においては、エリシター処理によりイソフラブンマロニルグルコサイドの大部分が速やかに細胞壁リグノセルロース画分に取り込まれることを見出だした。イソフラボン誘導体がリグニン化に関与するという知見はこれが初めての例であるが、リグニン化が植物の示す一般的防御反応であることから、ここで見られた細胞壁修飾反応もポストインヒビチンの範疇に入れることができる。これまで機能の明確でなかった植物配糖体が生体防御に機能する物質の貯蔵型として存在するという今回の成果は、植物二次代謝の意義を解明する上で重要な知見である。