リグニンの化学構造‐利用特性相関解明に関する代謝工学的研究

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木質バイオマスの約3割を占めるリグニンの高度利用法の開拓は、環境に調和した循環型社会の構築に必須の課題であり、多方面から検討されているが、その実用化には至っていない。本研究では、優れたバイオマス生産性を示す大型イネ科植物のモデルとしてイネを用い、バイオマスの利用特性向上を目指したリグニンの構造改変を検討した。まず、芳香核水酸化酵素遺伝子の発現制御によりリグニンの芳香核組成を様々に改変した組換えイネの作出を行い、次に、得られる組換えイネにつきバイオマスの各種利用特性を調査し、リグニンの構造と各種利用特性の相関を解明する。以上により、利用目的に応じたイネ科植物の分子育種技術の基盤を構築することを目的としている。H29年度までに、CAld5Hの発現抑制及び過剰発現によりリグニンのG核及びS核が、またC3'Hの発現抑制によりH核が増強されたリグニンからなる組換えイネの作出に成功している。本年度は、これらのリグニン改変イネについて、各種バイオマスの反応特性及び利用特性の比較評価を行った。その結果、リグニンの各芳香核種の反応性の違いを見出すとともに、H核及びS核の増強が各種前処理法を組み合わせたバイオマス酵素糖化反応の効率向上に、また、H核及びG核の増強がバイオマス発熱量の向上に有効となり得ることを明らかにした。また、H29年度にC3'Hの機能欠損イネを作出し、それらが著しい生育阻害を引き起こすことを報告した。そこでH30 年度は、本イネ株の更なる性状解析を行い、C3'Hの機能欠損による組織構造や遺伝子発現パターン、低分子二次代謝物プロファイルへの影響を明らかにした。また、H29年度の研究で見出された、イネ科植物に特有の新規なリグニン生合成経路の存在をさらに裏付ける結果も得られた。