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・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することが知られています。二次代謝物は、細胞成長や発生などに直接関与するような必須の成分ではありませんが、そ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関与していることが知られています。そのため、植物二次代謝生合成経路の遺伝子の多くは、機能獲得・欠損を繰り返す進化の過程で、自生する外部環境に順応できるように選択され、生物種固有に進化したと考えられています。一方で、植物二次代謝物の多くが他の生物に対しても生物活性があ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。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質量分析計などを用いて解析し、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100種類以上の植物種について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、ほとんど明らかとなっていません。そこで、ゲノム配列の解読が完了もしくは遂行されているモデル植物・作物や薬用植物を対象に、様々な器官や近縁種および自然変異体コレクションについて、質量分析計などを用いて代謝物を詳細に解析し、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)。また、一次代謝物についても解析を行い、複雑な代謝経路ネットワ-クをシステムとして総合的に理解する研究にも取り組んでいます。

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。この様なゲノム領域に着目し、シンテニ-を利用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。

(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) モデル植物や作物などを用いたオミクス統合解析
(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. Tohge et al., Nat Commun., 7, 12399, 2016
  2. Tohge et al., Plant J., 83, 686-704, 2015
  3. Alseekh et al., Plant Cell, 27, 485-512, 2015
  4. Tohge et al., Crit Rev Biochem Mol Biol., 48, 123-152, 2013
  5. Watanabe et al., Plant Physiol., 162, 1290-1310, 2013
  6. Alejandro et al., Curr. Biol., 22, 1207-1212, 2012
  7. Tohge & Fernie., Nat Protoc., 5, 1210-1227, 2010
  8. Yonekura-Sakakibara., Tohge et al., Plant Cell, 20, 2160-2176, 2008
  9. Tohge et al., Plant J., 42, 218-235, 2005