Elucidation of the mechanism for antitumor lignan biosynthesis based on integrated genome analysis

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。

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。