単離細胞解析に基づくニチニチソウ葉組織二次代謝機構の解明とその再構築

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ニチニチソウはVinblastineやVincristineなどの抗がん剤となるTerpenoid indole alkaloid（TIA）をはじめとして、様々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。ニチニチソウのTIA合成は、一連の合成過程が一つの細胞内で完結せず、茎組織や葉組織において葉肉細胞、表皮細胞など様々な細胞を経由して進むことが報告されている。特に異形細胞（Idioblast cell）や乳管細胞（Laticifer cell）で重要なTIA代謝過程が進み、合成された最終産物が異形細胞や乳管細胞の液胞に蓄積されると考えられているが、これらの細胞内や細胞間における二次代謝の分子機構は十分に理解されていない。本研究では、ニチニチソウ葉組織と茎組織における細胞レベルでのTIA分布を解明するために、一細胞質量分析技術や質量顕微鏡を用いたメタボローム解析を試みた。その結果、CatharanthineやStrictosidineなど、これまで想定されていなかったTIAが異形細胞や乳管細胞に局在していることが明らかになった。また、一細胞質量分析技術を用いて葉原基の乳管細胞に局在する代謝物の解析を進めたところ、展開した葉組織や茎組織の異形細胞や乳管細胞と異なるTIAの蓄積が見られた。この結果は、これまで同種の細胞と考えられてきた異形細胞や乳管細胞でも、組織もしくは発生ステージによってTIA代謝分化が変化している可能性を示唆している。さらに、TIA代謝で重要な役割を果たしていると考えられる異形細胞を中心に、皮層細胞、異形細胞、茎組織全体のそれぞれでRNA-seq解析を行った。これまで報告されているTIA合成酵素遺伝子の検出と共に異形細胞特異的に発現している遺伝子の候補を複数挙げることにも成功した。現在、これらの一連の成果をまとめた論文原稿を作成している。