成果報告書詳細
管理番号20120000000214
タイトル*平成23年度中間年報 新エネルギー技術研究開発 バイオマスエネルギー等高効率転換技術開発(先導技術開発) 細菌のリグニン分解酵素遺伝子による植物細胞壁改変技術の開発
公開日2012/8/3
報告書年度2011 - 2011
委託先名国立大学法人 東京農工大学共生科学技術研究院 学校法人加計学園岡山理科大学 独立行政法人森林総合研究所 国立大学法人長岡技術科学大学
プロジェクト番号P07015
部署名新エネルギー部
和文要約和文要約等以下本編抜粋:
1. 研究開発の内容及び成果等
1.1. リグニン二量体の化学合成
前年度に引き続き、課題遂行に必要な各種リグニン二量体(モノリグノール二量体)の化学合成を定期的に行い、遺伝子のクローニングおよび遺伝子組換え体の評価に供した。今年度はSphingobium sp. SYK-6株におけるフェニルクマラン型二量体(8-5’タイマー)の代謝機構を明らかにするため、同化合物および推定される代謝中間体についての合成を集中的に行った。事業の実施に必要とされた予想代謝中間体のうち、バニリン酸を除き、いずれも市販されていないため、以下の化合物の合成を行った(Fig. 1)。
1.B環側鎖酸化型フェニルクマラン:フェニルクマランのB環側鎖末端の選択的酸化により合成。
2.鎖両末端酸化型フェニルクマラン:市販のフェルラ酸から両末端エチルエステル型フェニルクマランを調製後、ケン化によりエチル基を除去し合成。
3.ホルミル化フェルラ酸:市販のブロモフェノール誘導体(5-ブロモ-2-ヒドロキシ-3-メトキシベンズアルデヒド)とアクリル酸エステルとのヘック反応により合成。
4.スチルベン誘導体:上記ホルミル化フェルラ酸に対し、別途市販バニリンより調製したベンジル型ホスホニウム塩とのWittig反応により合成。
英文要約Title: Development of Technology for High-efficiency Conversion of Biomass and other Energy/ Genetic engineering of plant cell wall by application of bacterial genes for lignin-degrading enzymes (FY2009-FY2012) FY2011 Annual Report: The resistance of lignin to breakdown is a major obstacle in scarification of lignocelluloses for production of cellulosic ethanol. In order to improve plant cell walls for use as raw materials of the bioethanol and other bio-energies, we try to modify molecular structure of lignin by genetic engineering. Tuning of expression of endogenous genes for lignin biosynthesis is known as suitable technique for lignin modification. However, some of the cases in down-regulation of the lignin biosynthetic genes lead undesirable effects to plant growth and development. In this project, we aim to provide alternative genetic tools of lignin modification for improving efficiency of enzymatic hydrolysis of lignocelluloses without any negative effects to other plant characteristics. In this year, we isolated novel genes for degrading dehydrodiconiferyl alcohol (DCA) from Sphingobium sp. SYK-6 (SYK-6). DCA has been catabolized to vanillin and 5-formylferulic acid via six enzymatic steps in SYK-6. We identified six genes, which encode polypeptides that catalyze first three reactions of them. Chemical compounds for the identification of the gene functions had been synthesized by ourselves. In addition to isolation of the novel genes and the chemical synthesis, we generated transgenic poplar and eucalypt plants with ligD and ferB genes, which had been isolated from SYK in our previous works. LigD catalyzes the oxidation step of benzyl positions of aryl-glycerol-beta-aryl ether structures. By contrast, FerB can convert hydroxycinnamoyl-CoAs to corresponding hydroxybenzaldehydes. These functions of the enzymes are expected to reroute lignin biosynthetic pathway in cytosol and/or cell wall of transgenic plants. Furthermore, we also generated transgenic Arabidopsis plants with pinZ gene, which encodes pinoresinol/lariciresinol reductase. Enzymatic activity of PinZ could be detected apparently in seven independent transgenic plants. Characterizations of plant growth and measurement of saccharification efficiency of the transgenic lignocelluloses are now in progress.
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