Functional genomics for the biosynthesis of highly-oxygenated steroidal compounds in plants

本研究では、生薬の「酸漿根（さんしょうこん）」としても使われているナス科ホオヅキPhysalis alkekengiに含まれる高度に酸化されたステロイドであり、抗感染症、抗がん、抗アレルギー作用を有するフィザリン類と、その生合成前駆体とも考えられるインドの伝統薬用植物アシュワガンダWithania somniferaに含まれるウィザノリド類の生合成遺伝子と生合成経路をゲノム機能科学的手法により同定を試みた。フィザリン類を豊富に含むPhysalis alkekengiと、フィザリン類は含まずその生合成前駆体しか含まないP. pervianaのトランスクリプトーム解析から、ブラシノライドやステロイドアルカロイド生合成に関与する遺伝子のホモローグ(24ISOと命名)を同定した。そこでこの24ISO遺伝子をベンサミアナタバコと酵母を宿主として異種発現し、24-メチレンコレステロールから24-メチルデスモステロールへの変換（24位二重結合の異性化）を確認した。さらに、ウィザノリド類を主要な薬効成分として蓄積する薬用植物アシュワガンダにおいて24ISO遺伝子の発現を抑制したところ、生合成中間体である24-メチルデスモステロールと主要最終産物のウィザフェリンAの蓄積が著しく低下した。この結果から、この遺伝子がウィザノリド類生合成に重要な役割を果たしていることが示された。今回の発見は長年その詳細が不明であったウィザノリド類生合成のメカニズムや制御の解明に新しい道を拓くものである。またアシュワガンダは、アーユルベーダ生薬として健康長寿に極めて有効であるとされ、現代的な研究からも抗炎症作用による慢性病の改善やアルツハイマー病に伴う病斑を快復する効果が報告されている。本研究成果により、ウィザノリド類の合成生物学や代謝ゲノムエンジニアリングが大きく進展すると期待できる。

本研究では、生薬の「酸漿根（さんしょうこん）」としても使われているナス科ホオヅキPhysalis alkekengiに含まれる高度に酸化されたステロイドであり、抗感染症、抗がん、抗アレルギー作用を有するフィザリン類と、その生合成前駆体とも考えられるインドの伝統薬用植物アシュワガンダWithania somniferaに含まれるウィザノリド類の生合成遺伝子と生合成経路をゲノム機能科学的手法により同定を試みた。フィザリン類を豊富に含むPhysalis alkekengiと、フィザリン類は含まずその生合成前駆体しか含まないP. pervianaのトランスクリプトーム解析から、ブラシノライドやステロイドアルカロイド生合成に関与する遺伝子のホモローグ(24ISOと命名)を同定した。そこでこの24ISO遺伝子をベンサミアナタバコと酵母を宿主として異種発現し、24-メチレンコレステロールから24-メチルデスモステロールへの変換（24位二重結合の異性化）を確認した。さらに、ウィザノリド類を主要な薬効成分として蓄積する薬用植物アシュワガンダにおいて24ISO遺伝子の発現を抑制したところ、生合成中間体である24-メチルデスモステロールと主要最終産物のウィザフェリンAの蓄積が著しく低下した。この結果から、この遺伝子がウィザノリド類生合成に重要な役割を果たしていることが示された。今回の発見は長年その詳細が不明であったウィザノリド類生合成のメカニズムや制御の解明に新しい道を拓くものである。またアシュワガンダは、アーユルベーダ生薬として健康長寿に極めて有効であるとされ、現代的な研究からも抗炎症作用による慢性病の改善やアルツハイマー病に伴う病斑を快復する効果が報告されている。本研究成果により、ウィザノリド類の合成生物学や代謝ゲノムエンジニアリングが大きく進展すると期待できる。