研究室・教員

植物二次代謝 (峠研究室)

峠准教授の顔写真
准教授
峠 隆之
助教
清水 崇史
Email
{ tohge, takshim }@bs.naist.jp
研究室HP
http://bsw3.naist.jp/tohge/

研究・教育の概要

植物は、多種多様な化学構造を有する二次代謝物を産生します。これらの化合物の多くが、様々な生物活性が有することが知られており、医薬品や化粧品などとして用いられています。一方で、植物二次代謝物の多くが植物内において環境ストレスに対する防御機構などにおいて、重要な働きをしていることが報告されています。このように植物が種固有の化合物を産生するようになったのは、生合成経路に関わる遺伝子が、進化の過程で機能獲得・欠損を繰り返し、外部環境に順応できるように選択された結果だと考えられています。植物二次代謝研究室では、自然界に広く存在する植物二次代謝物の構造多様性について、オミクス統合解析や種間比較解析などを駆使して有用代謝物の産生に関わる遺伝子群の探索および新規機能の解明を行っています。研究成果は有用代謝物産生機能付加育種などへの応用が可能です。

主な研究テーマ

植物代謝における多様性の理解と機能ゲノミクス

現在までに数多くの植物種のゲノム配列の解読が完了していますが、産生される二次代謝物の化学構造とその制御機構は非常に複雑で(図1)、遺伝子やタンパク質の配列情報から予測するのは困難です。また、ストレス時にのみ産生される代謝物や特定の器官にのみ産生されるもの、また同じ植物種内での自然変異遺伝子多型の違いにより産生される代謝物を含めた生合成経路の全体像については、あまり明らかとなっていません。私たちはゲノム配列などの情報をもとに、モデル植物・作物や薬用植物を対象に、様々な組織や自然変異体などについて、質量分析計を用いた代謝物分析を行い、得られた情報をもとに生合成経路の全体像を解明しています。さらに、トランスクリプト-ム解析、ネットワ-ク解析、量的形質座位(QTL)解析やゲノムワイド関連解析(GWAS)などを用いてオミクス統合解析を行い、新規遺伝子機能の解明を目的とした機能ゲノミクスを行っています(図2)。

種間比較と新機能分化ゲノム領域の解析

植物二次代謝物の構造多様性を生み出す要因となっている遺伝子の多くは、新機能分化(neofunctionalization)領域と呼ばれる比較的最近の進化過程で発生したゲノム領域由来であると考えられています。このようなゲノム領域のシンテニ-に着目した種間比較解析を行うことで、より効率的に有用機能遺伝子を発見できると考えています。また、生合成経路の発生と種分化との関連性、および植物種の進化過程の軌跡の解明に着目した研究にも取り組んでいます。

栄養欠乏生育下における代謝変動の解析

一次代謝経路は、二次代謝物の産生能を理解する上で非常に重要です。例えば、がん抑制成分として注目されているグルコシノレ-ト類は、硫黄や窒素の不足した土壌では、産生能が低くなることが知られています。私たちの研究室では、様々な栄養欠乏条件下におけるそれぞれの代謝物の産生能と代謝のながれを詳細に解析しています。

(図1)
(図1) 植物二次代謝経路の一つであるフェニルプロパノイド生合成経路と植物種間における検出代謝物の多様性
(図2)
(図2) モデル植物や作物などを用いたオミクス統合解析

主な発表論文・著作

  1. Peng et al., Nat Commun, 8, 1975, 2017
  2. Tohge et al., Nat Commun., 7, 12399, 2016
  3. Aarabi et al., Sci Adv, 2, e1601087, 2016
  4. Bolger et al., Nat Genet., 83, 686-704, 2015
  5. Alseekh and Tohge et al., Plant Cell, 27, 485-512, 2015
  6. Watanabe et al., Plant Physiol., 162, 1290-1310, 2013
  7. Alejandro et al., Curr. Biol., 22, 1207-1212, 2012
  8. Tohge & Fernie., Nat Protoc., 5, 1210-1227, 2010
  9. Watanabe et al., Plant Cell, 2008