研究の目的
赤かび病菌は重要穀類の収量に大きな打撃を与えるのみならず、ヒトや家畜に有害な天然環境毒素(トリコテセン及びゼアラレノン)を生産して可食部を汚染し、農業にとって二重の脅威をもたらす。特に、みかけ上は健全粒でも毒素混入が認められる場合があり、食の安全と信頼性を確保する上で大きな問題となっている。
本研究では、トリコテセン系毒素の生合成や制御機構を分子レベルで解析してキーとなる経路酵素や情報伝達因子を同定し、より消費者に受け入れやすい特異的毒素産生抑制剤を開発するためのシーズを提供する。また、ゼアラレノン毒素を解毒することのできる世界初の組換え穀類を作出し、組換え技術によるカビ毒汚染リスクの低減化を実証する。
研究項目及び実施体制(◎は研究代表者)
- トリコテセン系毒素生合成・制御機構の解析
- ゼアラレノン分解遺伝子 zhd101 を導入したトウモロコシによるゼアラレノンの解毒
(◎木村真/独立行政法人理化学研究所)
研究の内容及び主要成果
- トリコテセン系毒素生合成において、Tri4 がコードする P450 モノオキシゲナーゼが、トリコテセン基本骨格形成に必須の4つの分子状酸素導入ステップ全ての進行に関わることを明らかにした。次に、TRI4 活性を測定する系を構築し、フラボノイド系化合物が酵素活性を阻害することを示した。また、Tri 生合成遺伝子の発現を GFP 蛍光によってリアルタイムにモニターする系を開発し、毒素を生産しない培地組成でも気中菌糸の部分では Tri 遺伝子が発現して毒素を生産すること、僅か 1-2% の食塩を添加することで毒素の生産が抑えられること、浸透圧情報伝達系の構成因子が毒素産生にも関与していることを明らかにした。
- ゼアラレノン分解遺伝子 zhd101 を導入したトウモロコシの種子に高濃度のゼアラレノン溶液を浸漬処理したところ、解毒酵素反応を進めるには好ましくない低水分活性かつ低温条件下でも、十分に毒素汚染を低減化できることが示された。また、収穫後の穀粒に赤かび病菌を接種しても毒素は蓄積しないことが示された。
見込まれる波及効果
本研究で得られた知見は、食の安全を脅かす赤かび病に対する毒素産生抑制剤の開発や新規農薬の開発を支援できる。また、カビ毒混入リスクの低減化を実証したことで、組換え作物が食の安全に役立つ事例として、その普及活動に貢献できる。
主な発表論文
- Kimura M., et al. : Molecular and genetic studies of Fusarium trichothecene biosynthesis: pathways, genes, and evolution. (Review) Biosci. Biotechnol. Biochem. 71 : 2105-2123 (2007)
- Takahashi-Ando N., et al. : A screening system for inhibitors of trichothecene biosynthesis: hydroxylation of trichodiene as a target. Biotechnol. Lett. (in press)
- Ochiai N., et al. : Involvement of the osmosensor histidine kinase and osmotic stress-activated protein kinases in the regulation of secondary metabolism inFusarium graminearum. Biochem. Biophys. Res. Commun. 363 : 639-644 (2007)
- Ochiai N., et al. : Genetically engineered Fusarium as a tool to evaluate the effects of environmental factors on initiation of trichothecene biosynthesis. FEMS Microbiol. Lett. 275 : 53-61 (2007)
- Tokai T., et al. : Fusarium Tri4 encodes a key multifunctional cytochrome P450 monooxygenase for four consecutive oxygenation steps in trichothecene biosynthesis. Biochem. Biophys. Res. Commun. 353 : 412-417 (2007)
- Igawa T., et al. : Reduced contamination by the Fusarium mycotoxin zearalenone in maize kernels through genetic modification with a detoxification gene.Appl. Environ. Microbiol. 73: 1622-1629 (2007)
研究のイメージ
