解析隨發育階段變化的木脂素代謝控制機制

概要

以公益財團法人三得利生命科學財團（SUNBOR）為核心，包含富山大學、東北大學、基礎生物學研究所、三得利全球創新中心株式會社的聯合研究小組，揭示了芝麻在發芽時將主要木脂素成分芝麻素大規模轉化為其他化合物的機制。

研究小組發現了僅在發芽期特異性作用的新型細胞色素P450（CYP）酵素群「CYP706V12–V14」。研究表明，這些酵素群透過與醣轉移酵素（UGT）群協調工作，將脂溶性木脂素芝麻素逐步轉化為水溶性木脂素配糖體。

此外，研究還發現芝麻種子透過在種子成熟期與發芽期使用不同的酵素群，能隨發育階段靈活切換代謝網絡。這些成果展示了植物如何隨發育階段動態調整代謝系統，不僅為理解植物特化代謝的演化提供了新視角，也有望應用於開發具備高功能性成分的芝麻品種。

本研究成果已刊登於美國科學院院刊《美國國家科學院院刊（PNAS）》。

[本研究重點]

- 發現了在芝麻發芽時作用的新型芝麻素氧化酵素群「CYP706V12–V14」 - 解明了CYP酵素群與醣轉移酵素（UGT）群協調形成水溶性木脂素配糖體的機制 - 發現透過在成熟期與發芽期使用不同酵素群，代謝網絡能進行動態重組

研究背景

芝麻種子中富含芝麻素等脂溶性木脂素。研究小組此前曾率先鑑定出在種子成熟期作用的芝麻素氧化酵素「CYP92B14」，釐清了成熟種子中的木脂素生物合成機制。

然而，儘管已知這些脂溶性木脂素在發芽期會迅速減少並轉化為水溶性配糖體，但負責此代謝轉變的酵素群及其調節機制此前尚未明確。

研究成果

本研究透過結合代謝物分析、基因表達分析及酵素功能分析，發現了新型芝麻素氧化酵素群「CYP706V12–V14」及在芝麻發芽期特異性表達的醣轉移酵素（UGT）群。明確了CYP706V酵素群形成了與成熟種子中功能已知的「CYP92B14」不同的代謝網絡，透過氧化芝麻素，負責發芽期特有的代謝作用。

此外，研究還證實了UGT群與CYP酵素群的氧化反應高效協調，透過逐步添加糖份，形成了多樣化的水溶性木脂素配糖體。

另外，在調查成熟期不累積特定成分（芝麻酚配糖體）的芝麻品系時，發現「CYP706V12」酵素未發揮功能。由此得知，「CYP706V12」不僅在發芽期，在成熟期也扮演重要角色。這顯示出芝麻是根據發育階段，靈活運用不同的CYP及UGT酵素組合來重組代謝網絡。這些成果說明植物特化代謝並非固定的，而是隨發育階段動態調整的。

未來展望

這些研究成果為理解植物特化代謝演化提供了新視角，也有望應用於開發具備高功能性成分的芝麻品種。