Direct molecular mapping of the intermediates in lignin biosynthesis by stable isotope tracer method

稳定同位素示踪法对木质素生物合成中间体进行直接分子图谱分析

• 批准号: 18208016
• 负责人: FUKUSHIMA Kazuhiko
• 金额: $ 28.29万
• 依托单位: Nagoya University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Scientific Research (A)
• 财政年份: 2006
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2006 至 2008
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-18208016/
• 关键词: 樹木; 細胞壁; リグニン; 同位体; 質量分析; 二次代謝物

リグニン形成の制御機構を前駆物質の貯蔵と輸送という動的な観点から捉え、モノリグノールの貯蔵と供給機構に着目し、細胞レベルで解明することを目的とした。安定同位体トレーサー法によるリグニン生合成中間物質の選択的な標識と飛行時間型二次イオン顕微質量分析(ToF-SIMS)による分子マッピングを組み合わせて、分子レベルの情報と組織レベルの情報を同時に入手することができるのが本研究の特徴である。(ToF-SIMS)による分子マッピングを組み合わせて、分子レベルの情報と組織レベルの情報を同時に入手することができるのが本研究の特徴であるまず、細胞レベルでの細胞壁成分の顕微レベルでの分子マッピングを可能にするための技術開発を行った。樹木木部細胞壁におけるシリンギル、グアイアシルリグニンのマッピング手法を確立するため、カエデを用いて、飛行時間型二次イオン質量分析を行った。その結果、シリンギルリグニンとグアイアシルリグニンの細胞壁中での分布を正確に可視化する手法を開発した。化学分解法や組織化学的手法とデータを比較検討することにより、本法の妥当性を証明するとともに、顕微領域における定量分析も可能とした。心材成分の樹幹内での分布も細胞レベルで可視化することに成功した。このことは、リグニン生合成中間体である低分子フェノール性化合物の選択的なマッピングにも適用できることを示した。次に、リグニン生合成代謝中間物質の細胞内分布を明らかにするため、モノリグノールグルコシドのToF-SIMS を用いた解析法を確立した。LC-MS とToF-SIMS 分析を組み合わせることにより、配糖体の定性・定量分析を行った。また、特定の位置を13C で標識した前駆物質(コニフェリン)を合成し、イチョウ切り枝に投与した。一定期間代謝させた後、新生木部を採取し、標識前駆物質からリグニンへの取り込みを解析した。

目的是从前体存储和运输的动态角度阐明木质素形成的机理，重点关注单摩尼尔的储存和供应机制，并在细胞水平上阐明它们。这项研究的一个特征是，使用稳定的同位素示踪剂方法对木质素生物合成中间体进行选择性标记，并且可以通过飞行时间二级离子微型量光谱法（TOF-SIMS）进行分子映射，以同时获得分子和组织级别的信息。这项研究的特征是，可以使用（TOF-SIMS）组合分子映射以同时获得分子和组织级信息。首先，我们开发了技术来在微观水平上在细胞水平上对细胞壁成分进行分子映射。为了在树的木细胞壁中建立一种用于丁糖基和鸟依蛋白的映射方法，使用枫树进行了飞行时间的二级离子质量分析。结果，我们开发了一种方法来准确可视化细胞壁中丁糖蛋白和鸟依蛋白的分布。通过将数据与化学分解和组织化学方法进行比较和检查，证明了该方法的有效性，并且在微观区域也进行了定量分析。我们还成功地可视化了在细胞水平的树干内心材成分的分布。这表明它也可以应用于小分子酚类化合物的选择性映射，即木质素生物合成中间体。接下来，为了阐明木质素生物合成代谢中间体的细胞内分布，建立了一种使用TOF-SIMS分析单胞核苷的方法。通过合并LC-MS和TOF-SIMS分析，对糖苷进行定性和定量分析。此外，合成了在特定位置上标记的前体（染料蛋白），并将其施用到银杏叶biobata分支。在一定时间段内代谢后，收集了新生的木质部部分，并分析了从标记的前体进入木质素的摄取。

项目成果

ToF-SIMSによるTOF-SIMSによるリグニンS/G比顕微分析法の開発

利用 TOF-SIMS 开发木质素 S/G 比显微分析方法

• 发表时间: 2008
• 作者: 齋藤香織;渡邊陽子;岸本崇生;家田真理子;勝山さやか;松下泰幸;今井貴規;船田良;小池孝良;深澤和三;福島和彦
• 通讯作者: 福島和彦

Discriminating the indistinguishable sapwood from heartwood in discoloured ancient wood by direct molecular mapping of specific extractives using ToF-SIMS

使用 ToF-SIMS 对特定提取物进行直接分子作图，区分变色古木材中无法区分的边材和心材

• 发表时间: 2008
• 期刊: Analytical Chemistry 80
• 作者: Kaori Saito;Takumi Mitsutani;Takanori Imai;Yasuyuki Matsushita;Kazuhiko Fukushima
• 通讯作者: Kazuhiko Fukushima

Simulation of SIMS for monomer and dimer of lignin under the assumption of thermal decomposition using QMD method

使用 QMD 方法模拟热分解假设下木质素单体和二聚体的 SIMS

• 发表时间: 2008
• 期刊: Applied Surface Science 255
• 作者: Kenichi Kato;Kazunaka Endo;Daisuke Matsumoto;Tomonori Ida;Kaori Saito;Kazuhiko Fukushima;and Nobuhiko Kato
• 通讯作者: and Nobuhiko Kato

A new analysis of the depolymerized fragments of lignin polymer in the plant cell walls using ToF-SIMS

• DOI: 10.1016/j.apsusc.2006.02.163
• 发表时间: 2006-07-30
• 期刊: APPLIED SURFACE SCIENCE
• 影响因子: 6.7
• 作者: Saito, K.;Kato, T.;Fukushima, K.
• 通讯作者: Fukushima, K.

Chemical differences between sapwood and heartwood of Chamaecyparis obtusa detected by ToF-SIMS

ToF-SIMS检测日本扁柏边材和心材的化学差异

• 发表时间: 2007
• 作者: Kitahara;F.;Mizoue;N.;Yoshida;S;Katsushi Kuroda;Katsushi Kuroda;Kaori Saito
• 通讯作者: Kaori Saito