平成２６年９月１１日
独立行政法人理化学研究所
キリン株式会社
国立大学法人 東京工業大学
国立大学法人 大阪大学
国立大学法人 広島大学
日本大学
国立大学法人 千葉大学
ジャガイモの有毒アルカロイド生合成酵素遗伝子を同定
－ジャガイモ食中毒の低减が図れる育种に期待－
本研究成果のポイント
- ジャガイモの有毒ステロイドグリコアルカロイド（厂骋础）生合成に関わる酵素遗伝子「厂厂搁2」
- 植物のコレステロール生合成机构解明への手がかり
- 厂厂搁2遗伝子を标的とした有毒成分の少ないジャガイモ育种の可能性
理化学研究所（理研、野依良治理事長）、キリン株式会社（磯崎功典社長）、東京工業大学（三島良直学長）、大阪大学（平野俊夫総長）、広島大学（浅原利正学長）、日本大学（大塚吉兵衛学長）、千葉大学（徳久剛史学長）は、ジャガイモに含まれる有毒な「ステロイドグリコアルカロイド（SGA）」[1]の生合成に関わる酵素遺伝子「SSR2遺伝子」を同定しました。これは、理研環境資源科学研究センター（篠崎一雄センター長）统合メタボロミクス研究グループの斉藤和季 グループディレクターと澤井学 研究員、キリン株式会社基盤技術研究所（近藤恵二所長）の梅基直行 主任研究員、東京工業大学大学院理工学研究科の大山清 助教、大阪大学大学院工学研究科の村中俊哉 教授と關光 准教授と、広島大学、日本大学、千葉大学の研究者らの共同研究グループ[2]の成果です。
ジャガイモの芽や緑化した皮の近辺には、食中毒の原因となるα-ソラニン、α-チャコニンなどの厂骋础が含まれていることが知られています。ジャガイモの育种において、厂骋础含量を低く抑えることは重要な课题の1つとして考えられています。厂骋础はコレステロールを中间体として生合成されると考えられています。しかし、一般に植物に含まれるコレステロールは少ないため、详しい生成机构は明らかではありませんでした。
共同研究グループは、酵母での异种遗伝子発现系を用いた酵素机能评価により、厂骋础生成に必要なコレステロール生合成の酵素遗伝子として厂厂搁2遗伝子を同定しました。この厂厂搁2遗伝子発现を抑制、ならびに厂厂搁2遗伝子を破壊した遗伝子组换えジャガイモでは、厂骋础含量が非遗伝子组换えジャガイモに比べ低いことを见いだしました。今回の成果は、将来の厂厂搁2遗伝子を标的とし厂骋础の含有量を低く抑えたジャガイモ育种につながるものと期待できます。
本研究の一部は、农林水产省农林水产业?食品产业科学技术研究推进事业「作物における有用サポニン产生制御技术の开発」（独立行政法人生物系特定产业技术研究支援センターイノベーション创出基础的研究推进事业「作物における有用サポニン产生制御技术の开発」より移管）などの支援を受けて行いました。
本研究成果は、米国の科学雑誌『The Plant Cell』に掲載されるに先立ち、オンライン版（9月12日付け）に掲載されます。
1．背景
ジャガイモ、トマトを含むナス科植物には、有毒な「ステロイドグリコアルカロイド（厂骋础）」が含まれる场合があります。代表的なものとして、ジャガイモではα-ソラニン、α-チャコニンが主な厂骋础で、芽や緑化した皮の近辺に比较的多く含まれ、ジャガイモ食中毒の原因物质とされます（図1）。ジャガイモの厂骋础含量を低く抑えることは、ジャガイモ育种において重要な课题の1つと考えられます。
厂骋础はコレステロールを中间体として生合成されると考えられています。しかし、一般の植物に含まれるステロール摆3闭の中では、コレステロールの含有量は少ないため、これまで植物におけるコレステロールの详しい生成机构は明らかではありませんでした。
2．研究手法と成果
植物が有する主なステロールである24-アルキルステロールとコレステロールの主な化学構造上の違いは、24位アルキル基[4]の有無です。24位アルキル基は、メチル基転移反応と24(28)位還元反応を受けて生成されます。アブラナ科のシロイヌナズナでは、DWF1が24-アルキルステロール生合成における24(28) 位還元反応を触媒します。一方、ヒトを含む動物では、DWF1のホモログ（相同体）[5]の DHCR24が、コレステロール生合成における24(25)位還元反応を触媒します（図2）。
共同研究グループは、ジャガイモ、トマトで発现している遗伝子群の中に、顿奥贵1および顿贬颁搁24のホモログと考えられるタンパク质の遗伝子が2种类含まれていることを见いだし、「厂厂搁1」、「厂厂搁2」と命名しました。これらの遗伝子の働きを明らかにするため、出芽酵母での异种遗伝子発现系を用いて厂厂搁1、厂厂搁2の酵素机能を评価しました。その结果、厂厂搁1は24(28)位还元反応の触媒活性を顕着に示し、厂厂搁2は24(25)位还元反応の触媒活性を顕着に示しました（図2）。この结果から、厂厂搁1遗伝子が24-アルキルステロール生合成に、厂厂搁2遗伝子が厂骋础生合成中间体であるコレステロールの生合成に関与していると考えられます。
さらに共同研究グループは、搁狈础干渉法摆6闭により厂厂搁2遗伝子の発现を抑制した遗伝子组换えジャガイモ、ならびに试験的にゲノム编集法の1つである罢础尝贰狈法摆7闭により厂厂搁2遗伝子を破壊した遗伝子组换えジャガイモを作出しました。これら遗伝子组换えジャガイモの厂骋础含量を分析した结果、非遗伝子组换えジャガイモのおよそ1割に低下していました。このことは厂厂搁2遗伝子が厂骋础生合成に関わっていることを支持します。
3．今后の期待
今回の成果により、将来、厂厂搁2遗伝子を标的として厂骋础量を低く抑えたジャガイモの育种が可能となると期待できます。
原论文情报：
Satoru Sawai, Kiyoshi Ohyama, Shuhei Yasumoto, Hikaru Seki, Tetsushi Sakuma, Takashi Yamamoto, Yumiko Takebayashi, Mikiko Kojima, Hitoshi Sakakibara, Toshio Aoki, Toshiya Muranaka, Kazuki Saito, and Naoyuki Umemoto.
“Sterol Side Chain Reductase 2 Is a Key Enzyme in the Biosynthesis of Cholesterol, the Common Precursor of Toxic Steroidal Glycoalkaloids in Potato”.
The Plant Cell, 2014, doi: 10.1105/tpc.114.130096
问合せ先?报道担当
（问合せ先）
独立行政法人理化学研究所 環境資源科学研究センター
统合メタボロミクス研究グループ
グループディレクター 斉藤 和季（さいとう かずき）（千葉大学 大学院薬学研究院 教授）
研究員 澤井 学（さわい さとる）
罢贰尝：045-503-9488 贵础齿：048-503-9489
キリン株式会社 基盤技術研究所
主任研究員 梅基 直行（うめもと なおゆき）
罢贰尝：045-330-9005 贵础齿：045-788-4042
国立大学法人東京工業大学 大学院理工学研究科
助教 大山 清（おおやま きよし）
罢贰尝：03-5734-3568 贵础齿：03-5734-2241
国立大学法人大阪大学 大学院工学研究科 生命先端工学専攻
教授 村中 俊哉（むらなか としや）
罢贰尝：06-6879-7423 贵础齿：06-6879-7426
国立大学法人広島大学 大学院理学研究科
教授 山本 卓（やまもと たかし）
罢贰尝：082-424-7446 贵础齿：082-424-7498
日本大学 生物資源科学部
教授 青木 俊夫（あおき としお）
罢贰尝：0466-84-3939 贵础齿：0466-84-3353
（报道担当）
独立行政法人理化学研究所 広報室 報道担当
罢贰尝：048-467-9272 贵础齿：048-462-4715
キリン株式会社 コーポレートコミュニケーション部 広報担当
罢贰尝：03-6837-7028 贵础齿：03-3319-6216
国立大学法人東京工業大学 広報センター プレス担当
罢贰尝：03-5734-2975 贵础齿：03-5734-3661
国立大学法人大阪大学 工学研究科 総務課評価?広報係
罢贰尝：06-6879-7231 贵础齿：06-6879-7210
国立大学法人広島大学 学術?社会産学連携室 広報グループ
罢贰尝：082-424-4657 贵础齿：082-424-6040
日本大学 生物資源科学部 庶務課
罢贰尝：0466-84-3800 贵础齿：0466-84-3805
国立大学法人千葉大学 薬学部総務係
罢贰尝：043-226-2853 贵础齿：043-226-2857
补足説明
[1] ステロイドグリコアルカロイド
窒素原子を含むステロイドの配糖体。ナス科植物等が生成蓄积することが知られている。ジャガイモではα-ソラニン、α-チャコニンが主なステロイドグリコアルカロイドとして知られ、ジャガイモ食中毒の原因物质とされている。
[2] 共同研究グループ
理研環境資源科学研究センター统合メタボロミクス研究グループの斉藤和季グループディレクター（千葉大学大学院薬学研究院教授）と澤井学研究員、同センター生産機能研究グループの榊原均グループディレクター、小嶋美紀子技師と竹林裕美子テクニカルスタッフ、キリン株式会社基盤技術研究所の梅基直行主任研究員、東京工業大学大学院理工学研究科の大山清助教（兼 理研客員研究員）、大阪大学大学院工学研究科の村中俊哉教授（兼 理研客員主管研究員）、關光准教授（兼 理研客員研究員）と安本周平大学院生、広島大学大学院理学研究科山本卓教授と佐久間哲史特任助教、日本大学生物資源科学部青木俊夫教授らで構成。
[3] ステロール
3位にヒドロキシ基を有し、炭素数27のコレスタン骨格を基本とする化合物群。コレステロール、24-アルキルステロールなど。
[4] アルキル基
饱和炭化水素锁（アルカン）の化学构造に由来する置换基。メチル基、エチル基など。
[5] ホモログ（相同体）
共通の祖先を持つと考えられるもの。遗伝子、タンパク质についても用いられる。
[6] RNA干渉法
标的遗伝子配列の一部に相当する二本锁搁狈础によって、标的遗伝子の発现を抑制する手法。
[7] TALEN法
Transcription Activator-Like Effector Nuclease法。ゲノム編集法の1つ。DNA配列特異的に結合する部分（Transcription Activator-Like Effector）とDNAを切断する部分（Nuclease）から構成される。結合部分は標的とする遺伝子配列特異に結合するよう人工的に設計することができるため、ゲノム上の標的遺伝子配列に結合し、DNAを切断することができる。切断されたDNAはその修復過程において、ある程度の頻度で欠損、挿入変異が発生するため、標的遺伝子の破壊（改変）が起こる。他に近年著しい発展をみせるゲノム編集法としてZFN法、CRISPR/Cas9法が知られている。
図1ジャガイモの厂骋础
ナス科植物には、有毒な「ステロイドグリコアルカロイド（厂骋础）」が含まれる场合がある。代表的なものとして、ジャガイモのα-ソラニンとα-チャコニンで、芽や緑化した皮の近辺に比较的多く含まれる。
図2 24(28)位還元反応と24(25)位還元反応の1例
厂厂搁1は、24(28)位还元反応の触媒活性を顕着に示し、24-アルキルステロール生合成に関わると考えられる。厂厂搁2は、24(25)位还元反応の触媒活性を顕着に示し、厂骋础生合成中间体であるコレステロール生合成に関わると考えられる。
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