RIKEN Center for Sustainable Resource Science Annual Report 2016

RIKEN CSRS

Annual Report 2016

ConttriContributingCon
ributinngg to achieving
acchievinngg a sustainablesuusttaiainablele societysoociettyysocie

理化学研究所 環境資源科学研究センター
RIKEN Center for Sustainable Resource Science〒230-0045 神奈川県横浜市鶴見区末広町1丁目7番22号
1-7-22 Suehiro-cho, Tsurumi-ku, Yokohama, Kanagawa 230-0045 Japan
Tel: +81-(0)45-503-9471

Fax: +81-(0)45-503-9113

Email: csrs@riken.jp

理化学研究所Copyright © RIKEN. Printed in Japan.
RIKEN 2017-038

環境資源科学研究センター

RIKEN Center for Sustainable Resource Science

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アリング」「新機能性ポリマー」という4テーマを作り、基盤についてはこれまでのオ基礎研究と社会貢献のギャップを感じますが、基礎研究は基礎研究で重要だと思ミックスや化合物スクリーニングだけでなく、さらに幅を広げてAI技術の利用も加えています。
基礎研究が新しいフロンティアになる可能性もあるので、常に社会貢献を念

情報基盤を入れたいと考えています。
次の世代の人たちが将来計画を作ることが重要

頭に研究することが基礎研究者の務めかもしれません。
今後はAIPとの連携を進め、で、次の5年間の計画、
さらにその先に進む夢を考えてもらいたいと思います。
予算獲

データサイエンスを取り入れる必要もありますね。
今後、センターを引っ張る立場とし得に向けたプロジェクトとは異なり、センター全体の大きな方向性や観点で考える必てどのようにプロジェクトを立てて次の段階に持っていくかアイデアをお聞かせくだ

要がありますので、皆さんに検討会メンバーとして取りまとめをお願いしました。

さい。

中村 非常にやりがいのある仕事です。
同世代の研究者と将来計画について議論す

持田 データサイエンスに関しては、
特に植物分野において全国的に人材が少ないとる機会はあまり無かったので、今はとても充実しています。
議論を通して化学触媒が目いう問題があります。
名古屋大学をはじめ、情報を扱う学部が国内にでき始めている

指すべき方向性など、お互いに考えていることも理解できたので、皆で連携を取りながので大学とのやり取りが必要と思います。

ら高いポテンシャルを引き出していければと思います。

環境資源科学研究センター
Center for Sustainable Resource Scienceセンター長 / Director

篠崎 一雄 / Kazuo SHINOZAKI

ので、
データサイエンスの研究者に興味を持ってもらうしかないですね。
メタボロームうアプローチが重要だと思います。
SDGsを考えた時、新時代の触媒研究の目標は効もインフォマティクスは重要ではないでしょうか？

率化や新しい生産システムの構築でしょうか。
中村 触媒化学は、
地球資源の利活用の観点からSDGsに大きく貢献するものです。
特に、計算科学や構造生物学、そして情報科学の知見を取り入れることで、触媒研究のためのデータマイニングも大事で、得られたデータをAIの利用でバイアスの掛かっていない状態で分析することも必要だと考えています。

分野融合しているCSRSならではの取り組みになると思います。
篠崎 CSRSは色々な課題に取り組む広いポテンシャルがあり、リーダーもそこから育っていくことが期待できますね。
関 これからはセンターの方向性の検討に自分達も関わっていくべきと考えていましたので、将来計画について自分の意見を話し異分野の研究者と議論する機会ができるようになり感謝しています。
次の5年だけではなく、その先も見据え、植物科学分野を理研の中でどう進め発展させていくか、責任を持って考えていく必要があると思っ
ています。
そして、
プロジェクトの推進を通して人類や社会の持続的な発展へと貢献していきたいと考えています。
持田 検討会の設置により、中村先生のように異分野の先生と議論する機会ができ

関 原明 / Motoaki SEKI

プ研究にするというより、
CSRSの色々なプロジェクトから出てくるニーズに合わせた

篠崎

CSRSのリーダーにセンターの目的は単 な る 異 分 野 融 合 で は な く 、研 究 を
Sustainable Resource Scienceに結びつけることが重要と話しています。2015年に国連のS U S TA I N A B L E D E V E L O P M E N T

開発を行うことが大事という意見が出ました。
また、私の研究室を例に挙げると、色々なバックグラウンドの研究者がいて、同じ
バックグラウンドでも個人の興味はそれぞれで、各人が違う課題に取り組んでいます。
異分野融合をことさら目的にしなくても、色々な研究者が周りにいることで色々な研究手段を選ぶことができます。
これは個人の興味の幅を広げることにも繋がっており、最終的にセンターのテーマに合致した研究にも繋がっていくと良いと思っています。

GOALS（SDGs）〜持続可能な開発目標〜が篠崎 次のステップに進む時には
「驚き」
や
「夢」
が必要ではないでしょうか。
私は元々設定されました。
これは今後のプロジェクトを分子生物学でDNAの複製を研究していましたが、真核生物での遺伝子組み換え技考える上で重要なキーワードです。次の10年術に驚きがあり真核生物の研究分野に飛び込みました。
1990年にはシロイヌナズナ

間で何ができるかを考え、
センター発足時に掲などのモデル植物を集中的に解析する重要性を感じ、
植物実験系のプロジェクトを立

げた炭素、窒素、金属元素、研究基盤プロジェ

ち上げました。
その後1996年頃に植物研究者が集まりゲノム配列決定の次に何をす

クトを衣替えし「革新的植物バイオ」「代謝ゲノ

べきかアイデアを出し合い、
遺伝子破壊変異体を用いたゲノム機能研究の提言をまとムエンジニアリング」「先進触媒機能エンジニ

めたことがありました。
「次の時代を俯瞰し考える」
ことが重要だと考えています。

08

細胞をすりつぶして植物の環境ストレス応答を調べていましたが、細胞だけではなく植物個体の全体の生き様を理解することが必要だと思います。
植物は遺伝子だけで生きているのではなく、全体の調和があり1つの個体として成り立っているので、そのデータを取り全体を表現できると面白いと考えています。
最後に、このセンターが始まって4年経ちますが、次の6年に向けて新しい一歩を踏み出すための計画を立てています。
ぜひ皆さんには夢のある新たな計画を立ててもらい、自分で実行し成果を上げることをお願いしたいと思っています。
このセンターは色々な形で異分野の人と関わることが重要ですので、自分のこれからの糧にして新しいものにチャレンジし、基礎研究の役割を考えながら環境資源科学という目標に向かい進めていって欲しいと願います。
生体機能触媒研究チーム
Biofunctional Catalyst Research Team
チームリーダー / Team Leader

いる平井先生ともお話ししましたが、将来の展望やビジョンを知ることができ、違う視る研究者の方々と話す機会ができました。
検討会では、
技術開発自体をフラッグシッ平井 優美 / Masami HIRAI

篠崎 サンプル解析の時間は減りましたが、データ解析に時間が掛かりますね。
1つ

無いので、
検討会をきっかけに真剣に将来について話し合えました。
基盤を担当して点で研究を計画するきっかけにもなり感謝しています。

代謝システム研究チーム
Metabolic Systems Research Team
チームリーダー / Team Leaderの細胞を調べることも大切ですが、全体を見ることが重要だと感じています。
以前はて良かったと感じています。
同じ分野の研究者と将来について議論することはあまり

平井 私は検討会では技術基盤構築の部分に関わっており、異なる技術を持ってい

ＣＳＲＳの今後について

平井 分析装置から出てきた生データを人が分かる形に加工したり、検出したシグナルを化合物同定したりするのにインフォマティクスが重要です。
また生物学的理解は大きく進展すると思います。
また、生産性を追い求めた従来のものづくり研究に対して、環境への負荷も考えることが重要と思います。
それがまさしくSustainableであり、植物ゲノム発現研究チーム
Plant Genomic Network Research Team
チームリーダー / Team Leader

篠崎 データサイエンスの分野やコンピュータソフトを書ける人は引く手あまたです

篠崎 化学触媒の研究は構造生物学を活用し触媒を設計するなど、
これまでとは違中村 龍平 / Ryuhei NAKAMURA

The future of CSRS
The leadership of CSRS sees the center’s mission as not only promotinginterdisciplinary fusion but also advancing the goal of sustainable resource
science. In 2015, the United Nations adopted a set of Sustainable
Development Goals (SDGs). These provide important keywords for future
projects.
One can feel a gap between basic research and contributions to society, butbasic research can open up new frontiers, and scientists conducting basic
research must always consider the social contributions of what they do. We
plan in the future to collaborate with the new RIKEN Center for AdvancedIntelligence Project (AIP) in the area of data science. In anticipation of thecoming six years, we are preparing new plans. Director Shinozaki expects
that the team leaders of the different research groups will come up with
ambitious plans and put them into execution. Our center encourages
interdisciplinary exchanges in a variety of forms, and we hope that our
researchers will use these interactions as a way to take on new challenges,
working toward the goals of sustainable resource science while always
remembering the importance of basic research.

セルロース生産研究チーム
Cellulose Production Research Team
チームリーダー / Team Leader

持田 恵一 / Keiichi MOCHIDA
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About CSRS

センター紹介コア研究で培った知見を結集し、分野横断で行う融合プロジェクト研究環境資源科学研究センターでは、コア研究の3分野にまたがる4つのプロジェクトを推進しています。持続的な社会の実現に向けて、植物科学、ケミカルバイオロジー、触媒化学の異分野の研究者たちが手を取り合い、新たなイノベーションを目指します。

炭素の循環的利活用研究プロジェクト

窒素等の循環的利活用研究プロジェクト

植物の光合成機能や触媒化学を用いて二酸化炭素を資源と窒素を利用した省資源・省エネルギー型の革新的なアンモして活用する技術を開発します。
さらに新規触媒の開発によ

ニア合成技術の開発を目指します。
また低肥料（窒素・リン）

り二酸化炭素や酸素を高付加価値物質に変換する技術を開や過酷な環境下でも高成長が可能な植物を開発します。

発します。

金属元素の循環的利活用研究プロジェクト

循環資源探索・活用研究基盤プロジェクト

生物による金属回収能力を活用し、レアメタルなどの回収や生物の代謝経路と制御機構の解明に不可欠な統合メタボ

環境修復技術の開発・実用化を目指すとともに、さらに金属

ローム解析基盤を構築します。
さらに生物機能の解明・向上

元素の能力を引き出して、低コストかつ高効率で化学合成をに資する生理活性物質の探索・評価技術基盤を構築します。

実現する革新的な触媒を開発します。

Integrating the strong points of the center; Interdisciplinary Projects
CSRS has been promoting four unique interdisciplinary projects across the core CSRS scientific fields. Scientists from plantscience, chemical biology and catalytic chemistry interact with one another to tackle challenges in science and technology essential
towards innovation for a sustainable future.

Carbon project

Nitrogen project

The Carbon project centers on creating useful materials fromcarbon dioxide and oxygen in the atmosphere by enhancing
photosynthesis in plants and microorganisms or developing
catalysts with added chemical diversity.

Metallic Elements project
The Metallic Elements project targets recovery andreplacement strategies to overcome scarcity of mineral andmetallic resources and promote clean chemistry without
loading the environment. Bioremediation is important for cleanand sustainable environment.

理研の研究成果を企業へ「橋渡し」
し、産業連携を推進する社会知創成事業（現：産業連携本部）の一環として始まった「バイオマス」「創薬基盤」
は、センターにおける産業連携を強力に推進しています。
「技術基盤」
は、センターの研究活動の支援や技術基盤の提供を
行います。
また、
2017年3月より「理研-マックスプランク」
がCSRSに加わり、ケミカルバイオロジー分野の発展に貢献します。
創薬・医療技術基盤連携部門

植物の機能改変による効率的生産からバイオマス利活用まで

ケミカルバンクを駆使して、創薬につながるシード化合物を探の一貫した課題解決型の基礎研究を進め、革新的な技術基盤索します。得られた有用な生理活性物質は理研外の共同研究を確立します。
そのために国内外の研究機関、産業界と連携を機関へ提供し、研究基盤としての役割も果たしています。

進めます。

技術基盤部門理研-マックスプランク連携研究部門

コア研究や融合プロジェクト研究の推進に必要な研究基盤の理研とマックスプランク研究所のシステムズケミカルバイオロ

提供・研究支援を行い、環境資源科学研究の活性化を図りまジーに携わる研究者間の交流促進、ならびに研究資源や情す。
また、企業連携や新規技術の開発によって研究基盤の高度

報、技術の有効活用を図り、ケミカルバイオロジー研究の進展化を目指します。

を目指します。

橋渡し研究による産業連携・国際連携
専門分野における卓越したコア研究と、分野横断型の融合プロジェクト研究で得られた知見は、産業界との連携を通して社会へ還元されます。
そのため、産業連携本部の事業開発室や環境資源科学研究推進室との連携のもと、オープンイノベーションの実現に向け、企業のニーズとセンターのシーズのマッチングを積極的に行い、連携研究体制を構築しています。
また、センターの研究活動の発展やグローバルな研究コミュニティでの相互理解のために、連携は必要不可欠です。
個別の共同研究に留まらず、国内大学との連携大学院制度をはじめ、多くの機関間連携やコンソーシアム、
国際連携を推進しています。
特に科学技術政策上重要な府省連携を積極的に進め、研究機関間の連携研究体制を構築することにより、
科学技術イノベーションの実現に貢献します。
12

Research Platforms project
The Research Platforms project integrates research
infrastructure for discovery and use of metabolic networks,
novel metabolites, chemicals and natural products assustainable resources. Metabolomics and chemical screening
are key technologies.

Divisions

研究・連携・基盤部門

バイオマス工学連携部門

The Nitrogen project objective is to save in ways that reduce
the use of energy, water and resources with a focus on
nitrogen, phosphorous and water, especially for sustainablecrop production under adverse conditions.

“Biomass” and “Drug Discovery Platforms” were established as part of the RIKEN Cluster for Industry Partnerships, toaccelerate knowledge exchange between RIKEN and other institutions or companies. While “Technology Platform” provides
research platforms supporting the activities of CSRS. "RIKEN-Max Planck” has joined in CSRS from March 2017.

Biomass Engineering Research Division
The division conducts basic research geared toward consistent problem- solving in areas ranging from efficient biomass
production by the functional improvement of plants to its useful
applications. Also the division is promoting collaborations withdomestic and foreign research institutes and industries.

Technology Platform Division
The division consists of three supporting units providing a
research platform for CSRS activities. Furthermore the divisionaims to develop the platform through industrial collaboration anddevelopment of new technologies.

Drug Discovery Platforms Cooperation Division
Two Research Units of the Chemical Bank and Seed
Compounds Exploratory identify and provide promising bioactive
small molecules for the RIKEN Program for Drug Discovery andMedical Technology Platforms, as well as for collaborators
outside RIKEN.

RIKEN-Max Planck Joint Research Division
for Systems Chemical Biology
Exchanges of researchers and resources between Max Planck
Institutes and RIKEN promote more effective use of researchresources as well as information and technology in the field ofsystems chemical biology.

Knowledge and Technology transfer; Translational Research
Outstanding core research in each specialized field and integrated knowledge obtained from interdisciplinary projects aretransferred to society by collaborating with industry. Collaborative research projects have been promoted towards realizing “openinnovation” by proactively matching industry needs with research seeds from CSRS, in cooperation with the Business
Development Office of RIKEN Cluster for Industry Partnerships and the CSRS Planning Office.
Collaboration with other institutes and universities are also important means to extend center activities and encourageinteraction with worldwide research communities. Beyond various individual collaborations, CSRS promotes research networks,
such as consortiums and joint graduate courses with universities in Japan, as well as international collaboration. In particular,
CSRS promotes inter-ministry collaboration as a way of achieving innovation.
13

窒素等の循環的利活用研究プロジェクト
大気中の窒素から
省資源・省エネルギーな方法でのアンモニア合成と、低窒素肥料での植物生産の増加を目指します
作物の栽培には、大量の肥料が使用されており、その肥料の原料となるアンモ

プロジェクトリーダー / Project Leader

ニアは、大気中の窒素から「ハーバー・ボッシュ法」
によってつくられている。
ハーバー・ボッシュ法は高温高圧下で反応を行うため、大量の化石燃料を必要とし、アンモニアの生産に、世界全体の1％以上のエネルギーが使われているといわれるほどである。窒素プロジェクトでは、高温高圧という極端な条件を必要としな
い、省資源・省エネルギー的な方法で窒素固定、アンモニア合成を実現する革新的な触媒の開発を目指す。
また、窒素やリンが少ない栄養状態の悪い環境でも植物の生育を可能にする遺伝子や生理活性物質を探索し、それを制御することで少ない肥料（ローインプット）
でもたくさんの収穫を可能にする植物を生み出すことを目指す。
また、脱窒阻害剤の開発も大きな目標である。肥料に含まれる

白須

賢 Ph.D.

Ken SHIRASU Ph.D.

は脱窒という過程を経て亜酸化窒素（N2O）として大気中に硝酸イオン（NO3­）
放出される。亜酸化窒素は二酸化炭素の300倍の温室効果作用を持つと言われているため、亜酸化窒素の放出を抑制する技術の開発が求められている。

副プロジェクトリーダー / Vice Project Leader

研究成果

侯

召民 工学博士
Zhaomin HOU D.Eng.

●

窒素分子から直接ニトリルを合成−アンモニアを用いない省資源・省エネ型合成法を開発した。

●

炭素­窒素結合の新しい分子変換法を開発した。

Synthesis of ammonia from dinitrogenin an energy-saving way and production of crops withlow levels of fertilizers and other resources
Growing crops requires huge amounts of fertilizers. Ammonia, thebase ingredient of nitrogen fertilizers, is synthesized from dinitrogenusing the Haber-Bosch process. In this process, the reaction is carriedout under high temperature and pressure, and as a result, a hugeamount of fossil fuels is needed. In fact, more than 1% of total energy
supply of the world is used for ammonia synthesis.
We aim to develop novel catalysts that enable nitrogen fixation andammonia synthesis using low levels of resources and energy underrelatively mild conditions, without extreme conditions of high temperatureand high pressure.
Also, we search for genes and biologically active substances thatallow growth even in environments with low nutrients such as lower
nitrogen and phosphorus, and by controlling them, we aim to develop
crops with high productivity under small amounts of fertilizers.
Another major goal is developing denitrification inhibitors. Nitrate ions(NO3í) are released into the atmosphere as nitrous oxide (N2O) througha process called denitrification. N2O is a greenhouse gas with 300 times
the effect of carbon dioxide (CO2), and so clearly, we need to develop
technology to reduce its emission.
Titanium-mediated synthesis of nitriles from N2 and acid chlorides

Research Results●

We developed a novel method directly converting dinitrogen tonitriles.

組織培養による植物の量産や有用物質生産へ向けて植物が組織を再生させる
仕組みを解明した。

●

We developed a novel exchange method to replace thenitrogen-carbon bonding.

インシリコスクリーニングを用いて世界初の細菌の脱窒酵素（NirK）阻害剤を
取得した。

●

We developed a novel metabolome analysis tool for nitrogencontaining metabolites.

●

We revealed the mechanism of plant tissue regeneration for
production of useful compounds.

●

We identified novel bacterial NirK inhibitors by in silico screening.

●

窒素を含む代謝物のメタボローム解析手法を開発した。

●●

R&D Project of Nitrogen Utilization

今後のビジョン

榊原●

温和な条件下で窒素の活性化と有効利用を可能にする新規触媒の開発●

窒素・リン栄養や水供給の制限条件下における植物成長制御ネットワークの解明●

植物病原体の病原性や環境ストレスの生物学的、生化学的理解●

Development of efficient catalysts for N2 activation and transformation●

原核・真核生物による脱窒阻害剤の同定●

Clarification of regulatory networks in plant growth and survival underN- and P-limited conditions and water deficit●

Elucidation of biological/biochemical functions of pathogen virulenceand environmental stress resistance●

Identification of chemicals inhibiting pro- or eukaryotic denitrification

Future Vision

均

博士（農学）
Hitoshi SAKAKIBARA D.Agr.

Discovery of Fungal Denitrification Inhibitors by Targeting Copper
Nitrite Reductase from Fusarium oxysporum

吉田 稔 農学博士
Minoru YOSHIDA D.Agr.

1617金属元素の循環的利活用研究プロジェクト
環境に負荷を与えずに効率的に金属元素を回収し、活用します
希土類や遷移金属元素などを用いた錯体触媒が開発され、化学合成によってプロジェクトリーダー / Project Leader

さまざまな有用物質が生み出されている。
しかし、触媒に使われる金属元素の多くは希少かつ高価であり、資源に乏しい日本はそのほとんどを輸入に頼っている。金属元素プロジェクトでは、
これら特殊な金属触媒のさらなる高機能化や使用量の低減を目指すと同時に、より豊富で安価な金属を用いて、高活性、高効率、高い選択性を示す新たな触媒の開発を行う。
また、都市鉱山として埋没している有用な金属を回収して再利用することも重要なミッションのひとつである。
コケなどの植物や微生物が持つ生物機能を活用し、環境に負荷を与えずに効率的に資源を回収する技術の実用化を目指す。
この技術は、金属などで汚染された土壌や水の環境浄化にも役立つと期待できる。

侯

召民 工学博士
Zhaomin HOU D.Eng.

副プロジェクトリーダー / Vice Project Leader榊原均

博士（農学）
Hitoshi SAKAKIBARA D.Agr.

研究成果●

希土類触媒を用いることにより、メトシキスチレンの連鎖重合と逐次重合の同時進行を初めて実現した。

●

酸無水物をペルフルオロアルキル源とする実用的なアルケンのペルフルオロア
ルキル化反応を開発した。

●

銅の特性を活かすことで、芳香環に直接水酸基／アミノ基を導入する方法論を開拓した。

●

システイン誘導体は植物体内でセシウムと結合し、セシウムの吸収・蓄積が促進されることを解明した。

●

重金属耐性能を有するコケ植物種に適用可能なゲノム編集技術CRISPR/Cas9
システムを用いた標的遺伝子への変異導入法を開発した。

今後のビジョン
●超金属耐性・蓄積能力獲得に関わる伴遺伝子の同定●

コケ細胞中で形成される金属ナノ粒子の化学反応への利用●

放射性セシウム浄化のための新しい技術の開発●

機能性ポリマーおよびファインケミカルの効率的な創製のための新規錯体触媒の開発●

新しい触媒的不斉有機合成反応の開発

R&D Project of Metallic Elements Utilization
Efficient recovery and usage of useful metallic elements
without imposing a load on the environment
Chemical synthesis has brought us a variety of useful materials
through the development of various catalysts. However, many of themetals used in catalysts are rare and expensive, and Japan depends onimports of most of them.
The R&D Project of Metallic Elements Utilization is aiming to boost thefunctionality of special metals and reduce the amount of metal catalysts
needed. At the same time, we are working to develop novel highly active
and selective catalysts by using readily available and inexpensive
metals.
On the other hand, it is important to recover and reuse the valuable
metals that lie “buried” in our “urban mines.” We aim to promotetechnology transfers to recover useful metal resources efficiently withoutburdening the environment, by using mosses and other plants andmicroorganisms. This technology will also contribute to bioremediation of
metal-contaminated soil and water.

Research Results●

We have achieved for the first time the simultaneous chain-growthand step-growth polymerization of methoxystyrenes by using arare-earth catalyst.

●

We have developed a practically useful method for theperfluoroalkylation of unactivated alkenes with acid anhydrides as theperfluoroalkyl source.

●

We have achieved the direct hydroxylation and amination of aromaticcompounds by using the characteristics of copper element.

●

We have identified that methyl cysteinate improves cesium
phytoaccumulation via binding with cesium in plant cells.

●

We established heritable targeted mutagenesis method for metal
tolerant mosses using the CRISPR/Cas9 system.

Future Vision●

Identification of key genes for hyper-metal tolerance/accumulation●

Utilization of metal nano-particle formed in moss for chemical
reactions●

Development of new methods for radiocesium remediation●

Development of new catalysts for the synthesis of functional polymers
and fine chemicals●

Development of novel catalytic asymmetric reactions

Synthesis of novel multi-branched macromolecules bygadolinium-catalyzed simultaneous chain-growth and step-growth
polymerization of para-methoxystyrene

Perfluoroalkylation of unactivated alkenes with acid anhydrides
as the perfluoroalkyl source

A cysteine derivate, methyl cysteinate helps plants to accumulate
more cesium via binding with cesium
18

19バイオマス工学研究部門

Biomass Engineering Research Division
Turning carbon dioxide into resources andcontribution to social wisdom

二酸化炭素の資源化と社会知創成に貢献します
バイオマスエンジニアリング研究は、主に植物が生産するバイオマスの増産か部門長 / Division Director

ら利活用まで、工学的な見地から技術開発を行い、石油代替資源として、
バイオマスを原料に燃料や化学材料を創成するとともに、その生産プロセスの革新等を目指す新たな概念である。
この取り組みにより、化石資源を利用した「消費型社会」
から、再生可能なバイオマスを利用した「持続型社会」への転換を実現させることに貢献する。

研究成果
●

松井 南

理学博士
Minami MATSUI D.Sci.

●●

Biomass engineering involves a new engineering concept indeveloping technologies that integrate the increased production of
biomass from plants and its utilization. As an alternative resource topetroleum, plant biomass is used to create fuels and chemical materials
in an effort to achieve aims such as innovation in production processes.
This commitment is helping to achieve a shift from a consumptionsociety to a sustainable society: the former requires the use of fossil
resources, while the latter uses recyclable plant biomass.

Research Results

クモ糸に類似したポリペプチドを酵素反応と縮合反応を組み合わせることで
合成した。

●

新規分解遺伝子探索のため、シロアリ腸内に共生するセルロース分解性原生生物の細胞内共生細菌種において、複数のゲノム解読と比較解析を行った。

●

Determination and comparative analyzed genomes of anendosymbiont species of termite-gut cellulolytic protists for exploringnovel degradation genes●

Construction of an artificial metabolic pathway for isoprene synthesis
in a cell●

Determination of draft genome sequence of rubber tree●

Production of aromatic polymers with high heat resistance fromvanillin a lignin metabolite●

Finding of homoeolog specific response in transcriptome associatedwith a heat stress tolerance of Brachypodium hybridum, an allo
polyploid grass

イソプレンを生合成する人工代謝経路を細胞内で構築した。

●

天然ゴムのドラフトゲノムを解読した。

●

リグニン代謝物のバニリンによる高耐熱性ポリマーを創出した。

●

ミナトカモジグサ異質倍数体種の高温耐性に関連する祖先ゲノム特異的なトランスクリプトームを解明した。

今後のビジョン
●バイオマス植物のゲノム情報を利用した植物バイオマス生産向上に関わる有用遺伝子の探索●

合成的な代謝デザインによる革新的な細胞マテリアル生産プロセスの構築●

社会的需要に沿った実践的バイオポリマーの開発と改良●

Synthesis of spider silk-like polypeptides by chemo-enzymatic andcondensation reactions

Production of polypeptides that mimic
the protein structure of spider silk

Future Vision●

Discovery of useful genes for the improvement of plant biomass
productivity based on genome information of biomass plants●

Establishment of innovative cell material production process basedon synthetic metabolic design●

Development and improvement of the practical biopolymer materials
to meet the demands of society●

Promotion of international collaboration and company cooperation
researches to establish the open innovation

オープンイノベーションに向けた国際連携と企業連携研究の推進

Draft genome structure of Hevea brasiliensis

Enhance plants' functions to develop“super plants” equipped with highproductivity and degradability
Use biotechnology to establish
an efficient and consistentsynthetic technology of raw
materials for chemicals

Efficientcient andan connsisstent
synthetic
thetic tech
te hno
olo
ogy

Wate
er

Super plants

Cellulose
Biodegradation

Moldedproduct

Fermentation
Glycosylation

Material
Synthesis

Processing

Bioplastics
Explore new bioplastics
22

Success in production of high heat resistantpolymer from vanillin a wood lignin derivative23

創薬・医療技術基盤連携部門

技術基盤部門Drug Discovery Platforms Cooperation Division

Technology Platform Division

部門長 / Division Director

吉田 稔

農学博士
Minoru YOSHIDA D.Agr.

部門長 / Division Director

長田 裕之

農学博士
Hiroyuki OSADA D.Agr.

Facilities for HTS

新薬創製を目的とする
HTSによるシード／リード
化合物を探索します

Discovery of seed/leadcompounds by HTS fordevelopment of new drugs

研究基盤の提供・研究支援を行うとともに、研究基盤の高度化を目指します

Advanced instruments for supporting researchers

Activation of the sustainable
resource science by supportingand providing a research platform

近年急速に解明が進んだ膨大なゲノム情報から数多くの新たな創薬

The increased availability of genomic sequence information has

当部門は、コア研究や融合プロジェクト研究の推進に必要な研究基

The division consists of three supporting units providing a research

標的が明らかになってきている。
こうした基礎研究の輝かしい成果から

already allowed the identification of numerous novel drug targets. The

盤の提供・研究支援を行う3つのユニットで構成されている。核磁気共platform for CSRS activities. Through operation of NMR and MS

生まれた情報を最大限に応用し活用するためには、実際の医療につな

next challenge lies in developing new technology and assays, to further

鳴(NMR)と質量分析(MS)を用いた有機化合物の定量定性分析や分

devices, the Molecular Structure Characterization Unit supports

げるための新しい技術や評価方法の開発が不可欠であり、それらが多expand and exploit available genomic information obtained from basic

子構造解析を行う「分子構造解析ユニット」、生体高分子の解析手法

structural elucidation and characterization of organic molecules. The

くの生命科学者の次なる挑戦となりつつある。大学や公的研究所によresearch, and begin translational programs that will lead towards actualを開発・応用し、生命活動の中心的な役割を果たすタンパク質の構造

Biomolecular Characterization Unit provides advanced structuralる創薬研究（アカデミア創薬）
は世界の潮流であり、理研では創薬・医application and patient treatment. Academic drug discovery has

や機能の解明を行う「生命分子解析ユニット」、研究で蓄積された質量

characterization aiming to further understand the mechanism and

分析技術を活用した低分子化合物解析（メタボローム、ホルモノー

action of biological molecules. And finally the Mass Spectrometry andム）、および顕微鏡群を活用したバイオイメージング解析を行う「質量

Microscopy Unit analyzes plant metabolome and hormonome using

分析・顕微鏡解析ユニット」により、環境資源科学研究の活性化を図

MS and specializes in bio-imaging using microscopy. The division

る。
また、企業との連携研究、新規技術の開発によって研究基盤の高度

aims to develop the platform through industrial collaboration and化を目指す。

development of new technologies.

療技術基盤プログラム（DMP）
を開始して、理研の卓越した科学技術をプラットフォームとして提供することにより、アカデミア創薬を加速す
ることを目指している。
当部門はDMPのメンバーとして、多様性に富んだ天然化合物ライブラリーとそれをハイスループットにスクリーニング（HTS）するための適切な評価系と機器システムをプラットフォームとして提供し、アカデミア創薬へ貢献することを目指す。

今後のビジョン
●HTSのthroughput向上（HTSからultra-HTSへのステップアップ）●

iPS細胞や幹細胞を利用したHTSやフェノタイプによるHTSの推進●

ユニークなHTS用化合物ライブラリーの構築

become a world-wide movement at universities and research
institutions, in response to which the RIKEN launched the Drug
Discovery and Medical Technology Platforms (DMP). Capitalizing on
RIKEN’s excellent track record in basic science and technology,
including a vast library of bioactive natural products and state of the art
equipment for high throughput screening (HTS), our division aims at
making innovative contributions to the academic drug discovery effort.

Future Vision
●

●

●

24

Stepping up from HTS to ultra-HTS in order to reduce the term andcost for HTS
Promoting HTS using iPS and stem cells, and phenotypic HTS inorder to find unique bioactive compounds
Construction of unique chemical libraries for HTS

今後のビジョン
●タンパク質構造解析の基盤強化および共同研究推進●

機器分析を活用した分子構造解析による共同研究と産業連携の推進●

先端的なメタボロミクス、
ホルモン解析の質量分析および植物細胞の顕微鏡解析の技術開発と基盤技術の提供

Future Vision●

Strengthening the activity of the proteome facility for thecollaboration research●

Promoting collaborations with academia and companies throughmolecular characterization by instrumental analysis●

Development and provision of the cutting-edge technologies ofmass spectrometry of plant metabolite analysis and microscopy forbio-imaging of plant cells

2325Gene Discovery Research Group

機能開発研究グループ
当グループでは植物の生産性向上に関わるシロイヌナズナや作物での重要な機能を持つ遺伝子の探索(ジーンディスカバリー)を進めている。
とくに植物の量的な向植物の生産性向上・環境応答に関与する重要な機能を持つ遺伝子を探索します

上に関わる生理機能に注目し、環境応答や環境適応、
さらに光合成機能に関与する遺伝子、それらの発現を調節する制御因子、
シグナル伝達因子などの探索と解析を進める。同時に、効率の良い遺伝子発現法や遺伝子導入法の開発をすすめ、植物の環境耐性や水利用効率の向上、さらには光合成機能の向上を目指す。
これらの研究成果を基に栽培環境の影響を最小限にして最大の収量が得られる作物の開発に関Discovering important anduseful genes involved inplant growth andenvironmental responses

Our group is discovering plant genes of which functions are linked to quantitative
improvements in plant growth and those with new functions for minimizing the effectsof the environmental stresses to achieve maximum productivity. Based on the
genomic analysis including transcriptomics and metabolomics, we explore key
genes involved in regulation of abiotic stress response, photosynthesis andproductions of useful metabolites for the improvement of plant productivity.

与する基盤技術を開発する。

Research Subjects

研究テーマ
●

乾燥及びABA応答に関わる制御因子、
シグナル伝達因子及び代謝産物の
探索と解析

●

Discovery of genes, signaling molecules, transporters and metabolites
involved in dehydration stress and ABA responses●

環境ストレス耐性、
水利用効率の向上に関する分子育種への展開とコムギ、イネ、ダイズなどの作物への応用●

Improvement of drought stress tolerance and water use efficiency of crops
by international collaboration

葉緑体機能の制御に関する遺伝子解析と気候変動下での光合成機能向上
への展開

●

●

Analysis of chloroplast functions in photosynthesis under stress conditions
and discovery of regulatory factors in C4 photosynthesis●

Development of systematic phenotype analysis platform (phenome
analysis) for functional analysis of mutated genes●

変異体リソースと表現型解析技術を利用した新規遺伝子の探索●

比較ゲノム科学による作物への応用展開を目指した基盤研究●

Comparative genomics and its application to crop improvement

植物ケミカルバイオロジーによる光合成シンク・ソース活性促進技術の開発
研究●

Plant chemical biology for promotion of photosynthesis and biomass
production

グループディレクター／Group Director

篠崎 一雄 理学博士
Kazuo SHINOZAKI D.Sci.

●

Research Results

研究成果●

乾燥ストレス時の植物ホルモンの継時的な変動とABAの関与を解析し、乾燥スト
レス時にABAがJA合成を負に制御していることを明らかにした。

●

植物のストレスホルモン（アブシジン酸）の膜輸送体AtABCG25の過剰発現体を作製して、表現型解析を行い、水利用効率が向上していることを明らかにした。

●

植物ケミカルバイオロジー研究により、放線菌由来のアミノ酸類縁化合物DASH
が植物胚軸伸長制御活性を持つことを解明した。

●●

Yokohama●

Kuromori, T. et al.
Overexpression of AtABCG25 enhances the abscisicacid signal in guard cells and improves plant water
use efficiency.
Plant Sci. 251, 75-81 (2016)
Honna, P. T. et al.
Molecular, physiological, and agronomical
characterization, in greenhouse and in field
conditions, of soybean plants genetically modified
with AtGolS2 gene for drought tolerance.
Mol. Breed. 36, 157 (2016)2016年度メンバー / FY2016 Members
Group Director

Technical Staff

Kazuo SHINOZAKI

By our plant chemical biology analyses, a novel biological activity that
non-proteinogenic amino acid, (2S,6S)-diamino-(5R,7)-dihydroxy-heptanoic acid
(DADH) of in Streptomycin sp. SANK 6040. exhibited inhibitory activity of
hypocotyl elongation in Arabidopsis thaliana was revealed.

Takeshi NAKANOTakashi KUROMORI
Keiichi MOCHIDA

Yukiko KAMIDE
Saho MIZUKADO
Eriko SUGIMOTO
Chihiro OHASHI
Saya KIKUCHIDavid GIFFORD

Senior Research Scientist

Research Scientist

Miki FUJITA
Fumiyoshi MYOUGA
Fuminori TAKAHASHI
Kaoru URANO

nced3-2

Tsukuba

Urano, K. et al.
Analysis of plant hormone profiles in response tomoderate dehydration stress.
Plant J. 90, 17-36 (2017)

We demonstrated that the ABA transporter genes contribute improvement ofwater use efficiency.

WT

Plant hormone profiles in response to moderate dehydration stress

We analyzed the plant hormone profiles with respect to dehydration responses in
Arabidopsis thaliana wild-type (WT) plants and ABA biosynthesis mutants(nced3-2). Our results revealed that ABA might be associated with JA
homeostasis under dehydration stress conditions through transcriptional
regulation of biosynthetic and catabolic genes, and that a reduction in ABA levels
up-regulates the JA-Ile level.

主要論文 / Publications

Special Postdoctoral
Researcher

0

12

24

48

June-Sik KIM

72

Postdoctoral Researcher

2500
2000
1500

ABA

JA-IleWT
nced3-2

500
0
Wako

036 12 24

48

72 036 12 24

48

Shun TAKENO
Yuichiro TANAKA
Momo MARUGAMI
Tomoya YAMADA
Moeka KAWASHIMA
Mai MIYAZAWA
Reika TAGUCHI
Nagisa SHIMABUKURO

Ayumi YAMAGAMI
Tomoko MIYAJI
Hikaru SATO

500
400
300
200
100
0

1000

Student Trainee

72

Dehydration (hr)Temporal changes in ABA and JA-Ile levels in WT and ABA
biosynthetic mutant (nced3-2) in response to moderate
dehydration stress
28

Thermal images of AtABCG25-overexpressing plants

29

Plant Productivity Systems Research Group

生産機能研究グループ

当グループでは、物質生産やエネルギー生産に役立つ植物資源の生産機能に関植物の省コスト高生産や金属の回収に役立つ遺伝子を見つけ出しますわる研究開発を行っている。窒素栄養の効率的な利用に関わる遺伝子機能同定や、植物ホルモン研究を基軸にした生産制御、シンク機能、物質輸送システムの解明と、生産性向上への利用技術の研究開発を進めている。
またコケ植物の多様性に着目した金属元素耐性・蓄積機能の研究を行う。
これらの研究を通じて、窒素、炭素、金
属元素の循環的利活用技術の研究開発を行う。

Discovery and use of key
genes for low-input plant
production, and recovery
and recycling of metals

Our group will conduct studies on uptake and signaling of nitrogen, action
mechanisms of phytohormones, and mechanisms of metal tolerance andaccumulation to aim for development of innovative applied technology for low-input
production of plants by saving nitrogen and water, and recovery and recycling of
metals. We will also conduct studies for discovery of novel signaling molecules andkey genes for plant productivity using a hormonome platform.

Research Subjects

研究テーマ

●

Identification of key genes linking nitrogen nutrition status to growth
regulation●

窒素栄養を植物成長に結びつける伴遺伝子の同定と機能解析●

サイトカイニンとオーキシンの代謝と輸送制御機能の理解による植物生産
機能向上研究●Functional analysis of key genes regulating plant productivity, especiallygenes involved in cytokinin and auxin metabolisms, and transport●

コケ植物の重金属耐性および蓄積の分子機構の解明と重金属浄化技術への応用●

Elucidation of molecular mechanisms underlying hyper-tolerance andhyper-accumulation of heavy metals in bryophytes and application of this totechnology to clean-up heavy metal pollutants●

エノコログサを用いたC4光合成機能を支える分子基盤の解明●

Elucidation of molecular basis for C4 photosynthesis and related traits
using Setaria viridis, a model C4 plant

グループディレクター／Group Director

榊原 均 博士（農学）
Hitoshi SAKAKIBARA D.Agr.

Research Results

研究成果●

重金属耐性能を有するコケ植物種に適用可能なゲノム編集技術CRISPR/Cas9シ
ステムを用いた標的遺伝子への変異導入法を開発した。

●

We established heritable targeted mutagenesis method for metal tolerant mosses
using the CRISPR/Cas9 system.

●

根型フェレドキシン：NADP(H)オキシドレダクターゼが根から取り込まれた亜硝酸の解毒に寄与することを明らかにした。

●

We demonstrated that root-type ferredoxin: NADP(H) oxidoreductase 2
contributes to detoxification of nitrite in A. thaliana roots.

●

概日時計因子PRRを改変するだけでバイオマス生産やストレス耐性を向上させることができることを明らかにした。

●

We demonstrated that a single genetic change in the circadian clock component
PRR enables us to engineer plants to produce more biomass and increase
abiotic stress tolerance.

主要論文 / Publications
Nomura, T., Sakurai, T., Osakabe, Y., Osakabe, K.,
Sakakibara, H.
Efficient and heritable targeted mutagenesis inmosses using the CRISPR/Cas9 system.
Plant Cell Physiol. 57, 2600-2610 (2016)
Hachiya, T. et al.
Arabidopsis root-type ferredoxin:NADP(H)oxidoreductase 2 is involved in detoxification of nitrite
in roots.
Plant Cell Physiol. 57, 2440-2450 (2016)
Nakamichi, N. et al.
Improvement of Arabidopsis biomass and cold,
drought and salinity stress tolerance by modified
circadian clock-associated PSEUDO-RESPONSE
REGULATORs.
Plant Cell Physiol. 57, 1085-1097 (2016)2016年度メンバー / FY2016 Members
Group Director

Hitoshi SAKAKIBARA
Senior Research Scientist

Misao ITOUGA
Research Scientist

Takatoshi KIBA
Akiko YOSHIDATechnical Scientist

Mikiko KOJIMA
|||||

|||||

Cas9 nuclease

Postdoctoral Researcher

sgRNA

Toshihisa NOMURA|

Visiting Researcher

PAM
P||||||||||||||||||||

S. cataractae
protoplast||||

Target sequence
ence

NGG

Angela Maria ARES PITA||||

Technical Staff

Genome DNA

Nanae UEDA
Yukari KATO
Noriko TAKEDA
Jun INABA
Yumiko TAKEBAYASHI

Regenerated protonema
with targeted mutation
sgRNA and Cas9
expression vector

Efficient and heritable targeted mutagenesis method for metal tolerant
mosses using the CRISPR/Cas9 system
30

Detoxification of nitrite by NiR with electrons supplied from Fd-RFNR2
system31

Plant Immunity Research Group

植物免疫研究グループ

当グループでは主に生化学的手法、遺伝学的手法を用いて、耐病性および病原性に関与する遺伝子、タンパク質および低分子化学物質を解析し、免疫システムの分植物の免疫システムを理解し、持続的な耐病性作物の作出を目指します

子機構、病原性機構を明らかにする研究を行っている。耐病性シグナル複合体の研
究、免疫システムの制御に関与するタンパク質の修飾などに注目し、タンパク質レベ
ルでのダイナミックな制御機構を解明する。
またモデル植物等を用い耐病性変異体を獲得して、新規耐病性原因遺伝子の特定を進める。総合メタボロミクス研究グ
ループと協力して耐病性に関与する低分子化学物質の同定を推進し、作物へ応用す

Our group’s ultimate goal is to fully describe functions of genes, proteins and small

Understanding plant
immunity mechanisms anddeveloping sustainabledisease resistant crops

focus on the regulatory mechanism of immunity by studying dynamics of resistancesignaling complexes and protein modifications that control defense responses. In
addition, we plan to identify novel genes involved in plant immunity by isolating
defense mutants in model plants. We also collaborate with the Metabolomics
Research Group to isolate small molecule compounds involved in disease
resistance.

るための基盤技術を開発する。

研究テーマ

molecular compounds that are essential for immunity in plants. As the first step, we

Research Subjects●

To identify useful microbes from rhizosphere to promote plant immunity andgrowth

●To identify small molecules to regulate plant immunity and characterize
their targets●

植物の免疫と成長を促進する根圏の有用微生物の単離●

植物の免疫を制御する低分子化合物の単離とそのターゲットの解析●

植物病原体の病原性に関与する新規遺伝子および代謝物の同定●

To isolate novel genes/metabolites for pathogen virulence●

植物免疫の分子機構の解明●

To identify novel mechanisms for plant immunity

グループディレクター／Group Director

白須 賢 Ph.D.
Ken SHIRASU Ph.D.

研究成果

Research Results●

寄生植物のトランスクリプトームを行い、YUC3遺伝子が吸器発生に重要であることを明らかにした。

●

Transcriptome analysis in the parasitic plant revealed YUC3 gene is important forhaustorium development.

●

炭疽病菌の比較ゲノム解析により、適応による遺伝子の増減を明らかにした。

●●

遺伝学的解析により寄生植物の吸器毛が特異的な根毛であることを明らかにした。

Genus-wide comparative genome analyses of Colletotrichum species reveal
specific gene family losses and gains during adaptation to specific infection
lifestyles.

●

Haustorial hairs are specialized root hairs that support parasitism in the facultative
parasitic plant.

主要論文 / Publications
Ishida, J. K. et al.
Local auxin biosynthesis mediated by a YUCCA flavinmonooxygenase regulates the haustorium
development in the parasitic plant Phtheirospermum
japonicum.
Plant Cell 28, 1795-1814 (2016)
Gan, P. et al.
Genus-wide comparative genome analyses ofColletotrichum species reveal specific gene family
losses and gains during adaptation to specificinfection lifestyles.
Genome Biol. Evol. 8, 1467-1481 (2016)
Cui, S. et al.
Haustorial hairs are specialized root hairs that supportparasitism in the facultative parasitic plant,
Phtheirospermum japonicum.
Plant Physiol. 170, 1492-1503 (2016)2016年度メンバー / FY2016 Members
Group Director

Visiting Researcher

Ken SHIRASU

Simon SAUCET

Research Scientist

Technical Staff

Yasuhiro KADOTA
Pamela Hui Peng GAN
Anuphon LAOHAVISIT

Kaori TAKIZAWA
Ryoko HIROYAMA
Noriko MAKI
Arisa SHIBATA
Hugh MULVEY

Special Postdoctoral
Researcher

Shuta ASAI
Yasunori ICHIHASHI
Thomas SPALLEK
Postdoctoral Researcher

Yuji ISHIGAKINobuaki ISHIHAMA
Naoyoshi KUMAKURA

Vascular connection between P. japonicum and Arabidopsis

32

Student Trainee

Takanori WAKATAKE
Ayako TSUSHIMA
Yukihisa GOTO
OthersYoko NAGAI

Haustorial hairs in P. japonicum

33

Metabolomics Research Group

統合メタボロミクス研究グループ

植物の有用物質生産の原理を解明するために統合メタボロミクスを推進します

健康機能成分など我々人間の生存にも欠かせない機能を有する。
当グ
ループでは、主に高性能質量分析計を用いた網羅的な非ターゲット代
謝産物解析とそれに基づいた未知遺伝子機能同定および代謝ネット
ワーク解明を行っている。植物のもつ多様な物質生産機能の基本原理

Developing integrated metabolomics
to explore mechanisms and regulationof plant metabolite production

food, industrial materials, energy and medicines. Our group performs

Metabolomics involves in the identification and quantification of allvariety of plant production functions, using Arabidopsis as a model. In themetabolites in a cell, and correlating these to genomic functions. The

field of Phytochemical Genomics we are also elucidating the production

cutting-edge metabolomics analyses by high-performance mass
spectrometry. These non-targeted metabolomic analyses are applied tothe identification of unknown gene functions and elucidation of metabolic
networks. We are investigating the basic principles behind the wide

細胞内の全代謝産物（メタボローム）
を同定および定量し、ゲノム機能の解明をシロイヌナズナなどのモデル植物を用いて行い、さらに農作物、と対応させることがメタボロミクス研究である。植物界の代謝産物の化

薬用植物などの有用資源植物における特異的代謝産物の生産システム

学的多様性は非常に大きく、20万種にのぼる化学物質があると言われをゲノムレベルで解明するファイトケミカルゲノミクス研究を進めていplant kingdom metabolome is extremely diverse chemically, withsystems for specialized plant products in crops, medicinal plants andている。植物が生産するこれらの多様な化合物群は、植物自身の生存にる。同時に、
それらの結果得られた基礎的な知見を循環的資源開発に

estimates indicating as many as 200,000 different types of chemicalother useful plants at the genome level. Another important aspect of our

とって重要であるばかりでなく、食料、工業原料、エネルギー、医薬品、応用する研究も推進していく。

substances. The various compounds produced by plants are importantresearch is application of basic findings from these results tofor the existence of the plant itself, and also play a vital role in our lives asdevelopment of sustainable resources.

研究テーマ

Research Subjects

メタボロミクスにおける実験的および情報学的手法の組み合わせによる代謝物アノテーション●

Improving metabolite peak annotation in metabolomics by empiricaland bioinformatics strategies●

メタボロミクス解析プラットフォームのゲノム機能学とバイオテクノロ
ジーへの応用●Application of the metabolomics platform to functional genomics andbiotechnology

●

特異的
（二次）
植物代謝産物の生合成遺伝子とネットワークの解明

●

●

●

有用化合物生産に向けたバイオテクノロジーと合成生物学研究●,GHQWL¿FDWLRQRISODQWJHQHVDQGQHWZRUNVLQYROYHGLQELRV\QWKHVLVRI
useful specialized (secondary) metabolites
Biotechnology and synthetic biology for production of usefulcompounds

グループディレクター／Group Director

斉藤 和季 薬学博士
Kazuki SAITO Ph.D.

研究成果●

超高分解能FT-ICR-MSを用いるイメージング質量分析も組み合わせたN-オミクス手法を開発した。

●

ジャガイモの有毒ステロイドグリコアルカロイド生合成に関わる2つのP450遺伝子を同定し、その発現抑制によってアルカロイド含量を著しく軽減することに成功した。

●

生薬資源として重要なウラル甘草のゲノム解読に成功し、重要生薬の原料の安定供
給と有用遺伝子の探索に道を開いた。

Research Results●

Developing metabolomic approaches for nitrogen-containing metabolites
combined with mass imaging with FT-ICR-MS●

Identification of two P450 genes involved in the biosynthesis of toxic steroidal
glycoalkaloids and remarkable reduction of these toxic alkaloids by gene silencing●

Draft genome assembly and annotation of Glycyrrhiza uralensis, a medicinal
legume, for the basis of sustainable supply of crude drugs and discovery of usefulgenes

主要論文 / Publications
Nakabayashi, R., Hashimoto, K., Toyooka, K., Saito, K.
Top-down metabolomic approaches fornitrogen-containing metabolites.
Anal. Chem. 89, 2698-2703 (2017)
Umemoto, N. et al.
Two cytochrome P450 monooxygenases catalyze
early hydroxylation steps in the potato steroid
glycoalkaloid biosynthetic pathway.
Plant Physiol. 171, 2458-2467 (2016)
Mochida, K. et al.
Draft genome assembly and annotation of Glycyrrhiza
uralensis, a medicinal legume.
Plant J. 89, 181-194 (2017)2016年度メンバー / FY2016 Members
Group Director

Kazuki SAITO
Senior Research Scientist

Keiko SAKAKIBARA
Naoyuki UMEMOTO
Research Scientist

Yasuhiro HIGASHI
Ryo NAKABAYASHI
Yozo OKAZAKI
Jianwei TANG
Visiting Researcher

Eva KNOCH
Technical Staff

Tomoko NISHIZAWA
Satoko SUGAWARA
Kouji TAKANO

Top-down metabolomic approaches for nitrogen-containing metabolites

34

The flowers of Glycyrrhiza uralensis. The root and stolons of thismedicinal plant are used as medicinal licorice.
35

Metabolic Systems Research Team

代謝システム研究チーム

生命現象の根幹である代謝は、生体内で複雑かつ巧妙に制御されている。
とくに知見をもとに、植物や微生物のもつ有用物質生産能力を向上させることも目指す。

Understanding plant
metabolisms throughmetabolomics-based
approaches and improving
plant production

研究テーマ

Research Subjects

植物や微生物の代謝は、それら自身の生命活動のみならず、栄養源や機能成分とし

メタボロミクスによって代謝を理解し、植物の生産性向上に役立てます

チームリーダー／Team Leader

平井 優美 博士（農学）Masami HIRAI Ph.D.

て動物の生命や人間社会をも支える重要な基盤となっている。
当チームでは、代謝の全体像を理解することを目標として、代謝産物の網羅的解析であるメタボロミクスの技術開発、
オミックスデータを利用した数理モデリングによる代謝予測、分子生物学・生化学・分子遺伝学などによる代謝遺伝子の機能探索を行っている。得られた

thus they are essential not only for their own lives, but also for animal lives andhuman society. Aiming to grasp an overall picture of metabolism, we develop
metabolomics techniques, predict metabolic reaction networks by mathematicalmodeling using omics data, and explore metabolic gene functions by molecularbiology, biochemistry and molecular genetics. We also aim to improve plant andbacterial productivity of useful metabolites on the basis of our findings.

●

Development of a metabolomics platform●

Mathematical modeling of metabolism using metabolome
datasets

アミノ酸生合成制御機構の解明●

Elucidation of the regulatory mechanism of amino acid biosynthesis●

発生と代謝の関係の解明●

Exploration of the relationship between development and metabolism●

シアノバクテリアによる二酸化炭素を資源とする有用物質生産●

Useful material production in cyanobacteria using CO2 as a resource●

メタボロミクスプラットフォームの構築●

メタボロームデータを用いた代謝の数理モデリング

●

研究成果

Research Results●

細胞内で起きている化学反応である代謝の振る舞いをコンピュータで再現するためのウェブツールPASMet（Prediction, Analysis and Simulation of Metabolic
Reaction Networks）
を開発した。

●

We have developed a web tool for reproducing the metabolic behaviors of
intracellular chemical reactions on a computer, calling it PASMet (Prediction,
Analysis and Simulation of Metabolic Reaction Networks).

●

シロイヌナズナのACR11タンパク質が葉緑体型グルタミン合成酵素GS2の活性化因子であることを明らかにした。

●

We have clarified that ACR11 is an activator of plastid-type glutamine synthetase
GS2 in Arabidopsis thaliana.

●

道管細胞分化の過程で、二次細胞壁を作るために一次代謝が制御されていることをメタボローム解析により明らかにした。

●

We have clarified by metabolome analysis that primary metabolism is regulated
for the biosynthesis of secondary wall polymers during differentiation of
protoxylem vessel elements.

Overview of four functions of PASMet (Sriyudthsak et al. (2016) Nucleic Acids Res.)①Prediction of a probable metabolic pathway ②Construction of a mathematical model ③Simulation of metabolic change④Analysis of metabolism as a system
36

Metabolism comprising the basis of life is finely regulated in a complicated way.
Plant and bacterial metabolisms provide nutrient and functional compounds, and

主要論文 / Publications
Sriyudthsak, K., Mejia, R.F., Arita, M., Hirai, M.Y.
PASMet: a web-based platform for prediction,modelling and analyses of metabolic systems.
Nucleic Acids Res. 44, W205-211 (2016)
Osanai, T., Kuwahara, A., Otsuki, H., Saito, K., Hirai,
M.Y.
ACR11 is an activator of plastid-type glutaminesynthetase GS2 in Arabidopsis thaliana.
Plant Cell Physiol. 58, 650-657 (2017)
Ohtani, M. et al.
Primary metabolism during biosynthesis of secondary
wall polymers of protoxylem vessel elements.
Plant Physiol. 172, 1612-1624 (2016)2016年度メンバー / FY2016 Members
Team Leader

Visiting Scientist

Masami HIRAITakashi OSANAI
Kensuke KAWADE

Research Scientist

Yuji SAWADA
Kansuporn SRIYUDTHSAK
Jun MATSUZAKI

Technical Staff

Special Postdoctoral
Researcher

Ayuko KUWAHARA
Muneo SATO
Hiromichi AKASHI
Mami OKAMOTO

Ryosuke SUGIYAMA

Student Trainee

Postdoctoral Researcher

Surina BOERZHIJIN

Eiji OKAMURA
Yimeng LI
Kai UCHIDAOthersAkane SAKATA
Junko TAKANOBU

Glutamine synthetase GS2 of Arabidopsis thaliana is activated by ACR11.
(Osanai et al. (2017) Plant Cell Physiol.)(upper left) Relative GS2 activity in the presence of ACR11 (lower left) The maximum velocity (Vmax) and the Michaelis
constant (Km) in the presence or absence of ACR11 (right) Schematic model of GS2 activation in A. thaliana by ACR11

37

Metabolome Informatics Research Team

メタボローム情報研究チーム

メタボロミクスを支える
ソフトウェアとデータベースを開発します

当チームではメタボロームの定量データ解析、
ネットワーク解析、
シミュレーションに必要な基盤ソフトウェアの開発をおこなっている。
また、代謝産物の同定に役立
つデータベースを構築している。開発したソフトウェアは研究協力相手が集積したメ
タボローム、
トランスクリプトームデータに応用し、植物のシステム的理解を実現す
る。

研究テーマ

Developing software
platforms and databases
for metabolomics research

Our team develops software platforms necessary for metabolomic analyses,
network analyses and computer simulations. We also design databases for more
efficient identification of metabolites. Our developments will be applied to integrated
analysis of metabolomic and transcriptomic data from collaborating teams to enablesystematic understanding of plants.

Research Subjects●

メタボローム情報解析●

Analysis and interpretation of metabolomic data●

メタボローム解析用のソフトウェア開発●

Software development for metabolome analysis and simulations●

メタボロームデータベースの統合●

Integration of metabolic databases

Research Results

チームリーダー／Team Leader

研究成果

有田 正規 博士（理学）Masanori ARITA D.Sci.

●

マススペクトルの世界共通ハッシュコードSPLASHの開発●

Development of SPLASH, a hashed identifier for mass spectra●

構造同定ソフトウェア MS-FINDERの開発●

Development of MS-FINDER, a structure elucidation tool●

ホオズキ等の代謝ネットワーク解析●

Metabolic network analysis of Physalis and other plants

主要論文 / Publications
Wohlgemuth, G. et al.
SPLASH, a hashed identifier for mass spectra.
Nat. Biotechnol. 34, 1099-1101 (2016)
Tsugawa, H. et al.
Hydrogen Rearrangement Rules: Computational
MS/MS Fragmentation and Structure Elucidation
Using MS-FINDER Software.
Anal. Chem. 88, 7946-7958 (2016)
Fukushima, A. et al.
Comparative Characterization of the Leaf Tissue of
Physalis alkekengi and Physalis peruviana Using
RNA-seq and Metabolite Profiling.
Front Plant Sci. 7, 1883 (2016)2016年度メンバー / FY2016 Members
Team Leader

Masanori ARITA
Research Scientist

Atsushi FUKUSHIMA
Postdoctoral Researcher

Hiroshi TSUGAWA
Ramon Francisco Pacquiao MEJIA

Withanolide biosynthesis in Physalis(from Fukushima, A. et al. Front. Plant Sci. 2016)
38

MS-Finder software interface for metabolite structure prediction

39

Environmental Metabolic Analysis Research Team

環境代謝分析研究チーム

Our team intends to develop novel environmental analysis such as by a bird’s-eye
当チームでは、これまで培ってきたNMR法による低分子代謝物群、高分子バイオ
マス群計測に加え、無機元素群および微生物群集の分析技術を高度化し、バイオイ

データ駆動型アプローチにより
環境調和システムの理解と持続性を探求します

ンフォマティクスおよびケモインフォマティクスを駆使した統合的解析により、各種生物種が担う物質代謝を俯瞰する新しい環境分析科学の展開を狙う。特に化学資源の有効利用化へと貢献するために、実験室系、産業（農林水産および工業）
プロセス、
自然環境（水陸および宇宙空間）
を問わず分析対象とし、これらの資源利用に関

Exploring sustainability ofenvironmental metabolic
system based ona data-driven approach

わる国際連携および産学連携を積極的に推進する。

研究テーマ
●

生体分子・微生物群複雑系に対する多彩な分光学的解析技術高度化●

環境分析のデータマイニング開発およびデータベース構築●

自然の物質循環能に学ぶ水陸バイオマスの持続的活用●

動物・共生微生物の栄養応答に関するメタボノミクス解析

view of metabolism caused by ecosystem biodiversity, based on technicaladvancements of our NMR approaches toward metabolite and biomass mixtures, aswell as inorganic elements and microbial ecosystem analyses combined withbioinformatics and chemoinformatics approaches. Namely, we promote bothinternational and industrial collaboration in order to contribute for effective utilizationof chemical resources, by analyzing laboratory systems, industrial (agriculture,
forestry, and fishery) process, and natural environment (hydrosphere andgeosphere, as well as outer space).

Research Subjects●

Technological advancement of various spectrometric measurements
for complex biomolecular mixtures and microbiota●

Methodology development of data mining and accumulation of
databases for environmental measurements●

Sustainable utilization of land- and aquatic biomass based on studies
of natural material cycles●

Symbiotic metabonomic analysis between animal and symbiotic
microbiota in relation to their food nutrients

チームリーダー／Team Leader

菊地 淳 博士（工学）Jun KIKUCHI Ph.D.

研究成果

Research Results●

グラフ/ネットワーク理論を駆使し代謝混合物のシグナル自動帰属を行うフラグメ
ント集積法を開発した。

●

We developed fragment-assembly method for automatic signal assignments ofmetabolic mixture by a combination of graph and network theory.

●

密度汎関数法による化学シフト予測において、量子化学計算レベルや基底関数の選定より、代謝物立体構造の寄与が重要な寄与を占めることを証明した。

●

We showed the effect of metabolite conformation on the accuracy of theoreticalchemical shifts calculated by density functional theory, rather than basis sets andtheory levels on quantum chemistry calculation.

●

２次元J分解測定法の感度上昇を可能とするSENSI-2D法を開発し、1000個体を超える魚類ビッグデータの成長特性解析に利用し得ることを示した。

●

Development of 2D version of sensitivity improvement by signal integration(SENSI) enabled growth-dependent characteristics on metabolic mixture big datafrom >1000 fishes.

主要論文 / Publications
Ito, K., Tsutsumi, Y., Date, Y., Kikuchi, J.
Fragment Assembly Approach Based on
Graph/Network Theory with Quantum Chemistry
Verifications for Assigning Multidimensional NMR
Signals in Metabolite Mixtures.
ACS Chem. Biol. 11, 1030-1038 (2016)
Chikayama, E., Shimbo, Y., Komatsu, K., Kikuchi, J.
The effect of molecular conformation on the accuracyof theoretical 1H and 13C chemical shifts calculated by
ab initio methods for metabolic mixture analysis.
J. Phys. Chem. 120, 3479-3487 (2016)
Misawa, T., Wei, F., Kikuchi, J.
Application of two-dimensional nuclear magnetic
resonance for signal enhancement by spectral
integration using a large dataset of metabolic
mixtures.
Anal. Chem. 88, 6130-6134 (2016)2016年度メンバー / FY2016 Members
Team Leader

Jun KIKUCHI
Research Scientist

Yasuhiro DATE
Postdoctoral Researcher

Feifei WEI
Junior Research Associate

Kengo ITOTaiga ASAKURA
Technical Staff

Yuuri TSUBOI
Amiu SHINO
Kenji SAKATA
Tomoko MATSUMOTO
Keiko KOMATSU

Strategy of assigning metabolites by fragment assembly approach andquantum chemical calculation
40

More than 1000 wild yellowfin goby extracts were measured by 2D-Jres spectra,
then all big-data were conducted SENSI-2D approach for enhancement of S/Nratio and obtaining CV values.
41

Plant Genomic Network Research Team

植物ゲノム発現研究チーム

植物の環境ストレス適応や生産性向上に関与する
ゲノム発現制御機構を解析します

統合オミックス解析により、環境ストレス適応・馴化に関するエピジェネティックやRNA・ペプチドの制御機構を明らかにする。
キャッサバ（炭素の資源化に有用な熱帯
作物）の統合オミックス解析により、塊根生成の制御ネットワークを明らかにする。
化合物などの活用や形質転換により環境ストレス耐性・生産性向上など新たな有用植物資源の創出法の開発を目指す。

研究テーマ

チームリーダー／Team Leader

関 原明 博士（理学）Motoaki SEKI Ph.D.

Analyzing plant genomic
networks for environmental
stress adaptation andimproved productivity

We are analyzing novel epigenetic, RNA and peptide regulation mechanisms inenvironmental stress adaptation and acclimation by integrated omics analyses. We
are also analyzing regulatory networks of tuber root formation by integrated omics
analyses in cassava, an important tropical crop for carbon utilization. We aim todevelop useful plant resources, such as increased stress tolerance and improved
plant productivity by use of chemical compounds and transformation technology.

Research Subjects●

Analysis of epigenetic, RNA and peptide regulation mechanisms
in environmental stress adaptation●

Advancement of cassava molecular breeding by cutting-edge
technologies

●

化合物、
ペプチド、
形質転換技術の活用による有用植物資源（ストレス耐性強化など）の作出●

Development of useful plant resources, such as increased stress
tolerance by chemical compounds, peptides and transformation
technology

研究成果

Research Results●

環境ストレス適応に関与するエピジェネティック、
RNA、
ペプチド
制御機構の解析●最先端科学技術を用いたキャッサバ分子育種の推進●

ストレス顆粒の構成分子であるUBP1bが高温ストレスやABA応答に関与することを明らかにした。

●

We found that UBP1b, a component of stress granule, functions in heat stressand ABA responses.

●

ヒストン脱アセチル化酵素阻害剤であるSAHAがキャッサバにおいて塩ストレスを緩和することを明らかにした。

●

We found that SAHA, a histone deacetylase inhibitor, alleviates high-salinity
stress in cassava.

●

SAD1タンパク質を介したRNA代謝が高温ストレス耐性に関与することを明らかにした。

●

We found that SAD1-mediated RNA metabolism is involved in heat stress
tolerance.

主要論文 / Publications
Nguyen, C.C. et al.
Oligouridylate binding protein 1b plays an integral rolein plant heat stress tolerance.
Front. Plant Sci. 7, 853 (2016)
Patanun, O. et al.
The histone deacetylase inhibitor suberoylanilidehydroxamic acid alleviates salinity stress in cassava.
Front. Plant Sci. 7, 2039 (2017)
Okamoto, M. et al.
Sm-like protein-mediated RNA metabolism is requiredfor heat stress tolerance in Arabidopsis.
Front. Plant Sci. 7, 1079 (2016)2016年度メンバー / FY2016 Members
Team Leader

Motoaki SEKI
Research Scientist

Jong Myong KIM
Akihiro MATSUI
Kentaro NAKAMINAMI
Yoshinori UTSUMI
Minoru UEDA
Khurram BASHIR
Postdoctoral Researcher

Kaori SAKO
Hiroki TOKUNAGATechnical Staff

Junko ISHIDA
Maho TANAKA
Satoshi TAKAHASHI
Seiko NOMURA
Chikako UTSUMIUBP1b plays an integral role in plant heat stress tolerance via controlling
mRNA stability.
42

Junior Research
Associate

Sultana RASHEEDInternational Program
Associate

Onsaya PATANUN
Student Trainee

Cam Chau THI NGUYEN
Huong MAI NGUYEN
Ha THE VU
Yoshio TAKEI
Tomoe NAKAMURA
Yuji SUNAOSHI
OthersChieko TORII
Kayoko MIZUNASHI
Yoshie OKAMOTO
Erika MORIYA
Akiko TAKASHIBA
Minako SUMITA

A group photo of ILCMB members (with MEXT State Minister, Dr. Tsutomu
Tomioka) at Hanoi
43

Cell Function Research Team

細胞機能研究チーム

植物の葉や根などの器官の成長は様々な発生、環境情報によって調節されるが、植物の成長や再生を制御する
シグナルネットワークを解明します

その具体的な仕組みはまだ解明されていない。私達は植物細胞の増殖、成長、分化の制御機構を明らかにし、植物が発生、
環境情報を統合的に処理して、器官成長を調節する分子機構の解明を目指している。
また植物細胞の脱分化、再分化の分子機構を解明し、傷害などの過酷な環境ストレスによって植物の多様な再生現象が引き起こされる仕組みを解明しようとしている。一方、これらの基礎研究から得られた成果

Uncovering the regulatory
network underlying
plant organ growth andregeneration

We investigate how plants integrate developmental and environmental cues tomaximise organ growth under the changing environment. We also explore how
plants establish and maintain cellular differentiation status and how various stressstimuli override the developmental commitments to undergo cellular reprogramming.
These strategies should allow us identify key modulators of organ growth andreprogramming, thus providing molecular basis for crop improvement.

を利用して作物の生産性向上や有用物質生産を目指した新技術の開発に貢献する。

研究テーマ

チームリーダー／Team Leader

杉本 慶子 Ph.D.
Keiko SUGIMOTO Ph.D.

Research Subjects●

植物の器官成長を司る分子メカニズムの解明●

Molecular dissection of plant organ growth●

植物の細胞リプログラミングを司る分子メカニズムの解明●

Molecular dissection of cellular reprogramming in plants●

分子組織培養法の確立と作物への応用展開●

Genetic manipulation of cellular differentiation in crops

研究成果●

WIND1転写因子がESR1遺伝子の発現を誘導して茎葉再生を促進することを発見した。

●

OBP4転写因子がRHL2遺伝子の発現を抑制して根毛成長を止めることを発見した。

●

傷害によって誘導されるエピジェネティックなリプログラミングを解析した。

Research Results●

We found that WIND1 directly activates ESR1 to promote shoot regeneration.

●

We found that OBP4 directly represses RHL2 to block root hair growth.

●

We characterised the epigenetic reprogramming that occurs in response towound stress.

主要論文 / Publications
Iwase, A. et al.
WIND1 promotes shoot regeneration throughtranscriptional activation of ENHANCER OF SHOOT
REGENERATION1 in Arabidopsis.
Plant Cell 29, 54-69 (2017)
Rymen, B. et al.
ABA suppresses root hair growth through
OBP4-mediated repression of RSL2.
Plant Physiol. 173, 1750-1762 (2017)
Ikeuchi, M. et al.
Plant regeneration: cellular origins and molecularmechanisms.
Development 143, 1442-1451 (2016)2016年度メンバー / FY2016 Members
Team Leader

Keiko SUGIMOTO
Research Scientist

Akira IWASE
Hirofumi HARASHIMASpecial Postdoctoral Researcher

Momoko IKEUCHI
Postdoctoral Researcher

Bart RYMEN
Michitaro SHIBATA
Visiting Researcher

Anna FRANCIOSINIDavid FAVERO
InternAlice LAMBOLEZ
Tatsuya TAKAHASHI
Sander JACOBSTechnical Staff

Ayako KAWAMURA

ESR1 promotes shoot regeneration from cut sites.

44

OBP4 represses root hair growth.

45

Plant Symbiosis Research Team

植物共生研究チーム

窒素肥料は現代の農業で最も多く利用されるが、その生産および施用は温室効

Nitrogen is the most heavily used fertilizer in the present agriculture. Its production

果ガスの排出など生態系に悪影響を及ぼす。一方、根粒菌はダイズなどマメ科植物

and use however damage the ecosystem due to the emission of greenhouse gases.

の根に感染し、根粒内で大気窒素を固定することで、宿主植物に窒素栄養を供給す

植物・微生物間の共生を理解し、持続的農業の実現を目指しまする。
したがってイネ・トウモロコシ・コムギなどの穀物と根粒菌とが共生できれば窒素
肥料の大幅な使用削減が可能となり、生態系に優しい持続的な農業が実現できる。
このために私たちは、根粒形成および共生的窒素固定を分子遺伝学的・生化学的に解明するとともに、マメ科植物と根粒菌との共生における進化的要因を探ることで、Understanding
plant-microbe symbiosis
in order to establish
sustainable agriculture

穀物への窒素固定能の賦与を目指す。

研究テーマ
●

根粒形成における分子遺伝的機構の解明●

共生的窒素固定における分子的要因の同定●

穀物における根粒共生の応用

Soil bacteria called rhizobia infect legume roots, and fix atmospheric nitrogen in root
nodules. Consequently, if cereals such as rice, corn and wheat establish symbiosis
with rhizobia, we can dramatically reduce the use of nitrogen fertilizer, resulted inecosystem-friendly, sustainable agriculture. In order to achieve our goal, we aim toconfer the ability to fix nitrogen on cereals, by elucidating molecular-genetic andbiochemical functions of nodulation and symbiotic nitrogen fixation, as well as byinvestigating evolutionary aspects of legume-rhizobia symbiosis.

Research Subjects●

Elucidation of molecular genetic mechanisms in nodulation●

Identification of molecular components in symbiotic nitrogen
fixation●

Application of root nodule symbiosis to cereals

Research Results

チームリーダー／Team Leader

研究成果

林
誠 博士（理学）
Makoto HAYASHI Ph.D.

●

根粒形成の抑制因子を同定した。

●

We identified a negative regulator for nodule organogenesis.

●

根粒における遺伝子ネットワーク解析から共生窒素固定に必要な根粒菌遺伝子を
同定した。

●

We identified the bacterial gene necessary for the symbiotic nitrogen fixation in
nodules.

●

ミヤコグサのミュータントライブラリーを整備した。

●

We generated taglines of Lotus japonicus.

主要論文 / Publications
0DáROHSV]\$et al.
The LORE1 insertion mutant resource.
Plant J. 88, 306-317 (2016)
Shimoda, Y., Hirakawa, H., Sato, S., Saeki, K.,
Hayashi, M.
Whole Genome Sequence of the Nitrogen-Fixing
Symbiotic Rhizobium Mesorhizobium loti strain
TONO.
Genome Announc. 4, e01016 (2016)
Shimomura, A. et al.
Blue light perception by both roots and rhizobia
inhibits nodule formation in Lotus japonicus.
Mol. Plant Microbe Interact. 29, 786-796 (2016)2016年度メンバー / FY2016 Members
Team Leader

Makoto HAYASHI
Research Scientist

Tsuneo HAKOYAMA
Akihiro YAMAZAKI
Visiting Scientist

Yoshikazu SHIMODA
Takashi SOYANOTechnical Staff

Atsuko HIROTA
Shoko YAMAZAKI
Student Trainee

Miyu NOGUCHIHaruka KAWAGUCHI
Shuhei KUGE

The expression of the negative regulator gene in the nodule primordium

46

The phenotype of the bacterial mutant identified through the gene regulatory
network.
47

Dormancy and Adaptation Research Unit

適応制御研究ユニット

当ユニットでは種子休眠、発芽、ストレス応答に代表される植物の適応反応の制ることで、植物の生産性や環境適応力を高める技術開発に取り組む。

Discovering genes andchemicals that improveseed quality and adaptation
responses

研究テーマ

Research Subjects

御機構を明らかにする研究を行っている。
これらの生理作用に重要な役割を果たす

種子機能と環境適応力を高める
遺伝子・化合物を探索します

ことが知られているアブシシン酸（ABA）、
ジベレリン
（GA）、
ジャスモン酸（JA-Ile）
などの植物ホルモンに着目し、その生合成および輸送機構の解明に取り組んでいる。
さらに遺伝的、化学的な制御により、輸送体や生合成制御因子の機能を有効に利用すOur unit studies the mechanisms that regulate plant adaptation responses such as
seed dormancy, germination and stress responses. We will reveal how biosynthesis
and transport of plant hormones such as abscisic acid (ABA), gibberellin (GA) andjasmonates (JA-Ile) are regulated. We will optimize plant adaptation responses bygenetic and chemical regulation of hormone transport and biosynthesis.

●

植物ホルモン輸送体の同定と機能解析●

Identification and functional characterization of plant hormone transporters●

種子寿命に関与する因子の同定●

Identification of factors involved in seed longevity●

植物の成長制御およびストレス応答に関与する代謝物質の同定●

Identification of metabolites involved in plant growth and stress responses●

一細胞からの植物代謝物質量分析法の確立●

Development of a system to quantify plant metabolites from a single cell

ユニットリーダー／Unit Leader

瀬尾 光範 博士（理学）Mitsunori SEO D.Sci.

研究成果●

ジベレリン輸送体として機能するSWEETタンパク質を同定した。

●

種子プライミング処理に伴う寿命の低下に関与する因子を同定した。

●

ストレス応答におけるモリブデンコファクター硫化酵素の機能を明らかにした。

Research Results●

We identified SWEET proteins that function as GA transporters.

●

We identified factors that are involved in the reduction of seed longevity bypriming.

●

We revealed the roles of molybdenum cofactor sulfurase in stress responses.

主要論文 / Publications
Kanno, Y. et al.
AtSWEET13 and AtSWEET14 regulate
gibberellin-mediated physiological processes.
Nat. Commun. 7, 13245 (2016)
Seo, M., Kanno, Y., Frey, A., North, H.M., Marion-Poll, A.
Dissection of Arabidopsis NCED9 promoter regulatory
regions reveals a role for ABA synthesized in embryosin the regulation of GA-dependent seed germination.
Plant Sci. 246, 91-97 (2016)
Takeuchi, J. et al.
Abscinazole-E3M, a practical inhibitor of abscisic acid8'-hydroxylase for improving drought tolerance.
Sci. Rep. 6, 37060 (2016)2016年度メンバー / FY2016 Members
Unit Leader

Mitsunori SEO
Special Postdoctoral Researcher

Naoto SANO
Postdoctoral Researcher

Takafumi SHIMIZU
Visiting Researcher

Shunsuke WATANABE
Technical Staff

Yuri KANNO

Functional screening of GA transporters using yeast two-hybrid system with the GA
receptor complex
48

Phenotypes of wild type (WT) and a double mutant defective
in GA transport (sweet13 sweet14 ; Double mutant)49

Signaling Pathway Research Unit

発現調節研究ユニット

The population of the earth is rapidly increasing, setting food security one of the

地球の人口は急速に増加しており、特に開発途上国では食糧の安定供給が主要問題の1つである。
さらに、近年の気候変化は、食糧生産の大きな負担になっている。

作物の生産性向上に向けて
植物の環境ストレス応答の研究に取り組みます

干ばつ、塩害、土壌侵食および土壌汚染のような環境ストレスは、作物の生産量に悪影響を及ぼす要因で、安定的な農業生産を脅かしている。
当ユニットの研究テーマ
は、（i）植物生長レギュレータの役割および非生物学ストレス応答との相互作用、（ii）
環境ストレス条件下で作物の生産性を向上させることを目標とするトランスレーショ

Understanding plant
responses to environmental
stresses for improvement ofcrop productivity

ナルゲノミクス、の２つである。

研究テーマ●

乾燥および塩ストレス応答における、ホルモン調節ネットワークの分子機構の解明●

リン欠乏下におけるマメ科植物の窒素固定を制御するメカニズムの解明●

劣悪環境下での作物の生産性向上を目的とした作物の機能ゲノミクス●

非生物的ストレス緩和における植物生長レギュレータの役割解明

major issues in the world, especially in developing countries. Additionally, climatechanges also put a great burden on food production. Environmental stresses, suchas drought, high salinity, soil erosion and pollutants are factors affecting yield andstability of crop production, thereby threatening sustainable agriculture. Our unit has
interest in (i) studying the roles of plant growth regulators and their interactions inabiotic stress responses, as well as (ii) translational genomics aiming to enhancecrop productivity under adverse environmental stress conditions.

Research Subjects●

Molecular elucidation of hormonal regulatory networks in plant responses
to drought and salt stress●Mechanisms controlling nitrogen fixation in legumes under phosphate
deficiency●

Functional genomics of food crops for improvement of crop productivity inadverse conditions●

Role of plant growth regulators in abiotic stress mitigation

ユニットリーダー／Unit Leader

ラム−ソン・ファン・チャン Ph.D.
Lam-Son Phan Tran Ph.D.

研究成果●

ヒヨコマメを用いて、リン欠乏下で共生的窒素固定能の適応が植物全体の広範囲な再プログラムを伴った高度連携プロセスの結果であることを発見した。

●

Orobanche aegyptiacaのOaMAX2とシロイヌナズナのAtMAX2が生長発達と乾燥ストレスの両方に保存された機能を持つことを発見した。

●

ヒヨコマメにおいて、浸透圧物質量と抗酸化酵素の調節により一酸化窒素が高塩
ストレスを和らげる能力を持つことを証明した。

主要論文 / Publications
Nasr Esfahani, M. et al.
Adaptation of the symbiotic Mesorhizobium–chickpea
relationship to phosphate deficiency relies on
reprogramming of whole plant metabolism.
Proc. Natl. Acad. Sci. USA 113, E4610-E4619 (2016)
Li, W., Nguyen, K.H., Watanabe, Y., Yamaguchi, S.,
Tran, L.S.
OaMAX2 of Orobanche aegyptiaca and Arabidopsis
AtMAX2 share conserved functions in bothdevelopment and drought responses.
Biochem. Biophys. Res. Commun. 478, 521-526(2016)

Research Results●

We found that in chickpea the adaptation of symbiotic nitrogen fixation capacity
under phosphate deficiency is resulted from highly coordinated processes with anextensive reprogramming of whole-plant metabolism.

●

We discovered that the Orobanche aegyptiaca OaMAX2 and the Arabidopsis
AtMAX2 share conserved functions in both development and drought responses.

●

We provided evidence that NO has capability to mitigate the adverse effects ofhigh salinity on chickpea plants by regulating levels of osmolytes and antioxidant
enzymes.

Li, W., Herrera-Estrella, L., Tran, L.S.
The yin-and-yang of cytokinin homeostasis anddrought acclimation/adaptation.
Trends Plant Sci. 21, 548-550 (2016)2016年度メンバー / FY2016 Members
Unit Leader

Lam-Son Phan TRAN
Research Scientist

Weiqiang LI
Rie NISHIYAMA
Visiting Researcher

Mohammad Golam MOSTOFATechnical Staff

Yasuko WATANABE
Chien HAInternational Program Associate

Kien NGUYEN
Student Trainee

Ha CHU

Representative metabolic changes in nodules of chickpea plants underphosphate deficiency
50

Drought tolerance of Arabidopsis Atmax2 mutant plants was restored byoverexpression of the Orobanche aegyptiaca OaMAX2 gene (OE).
51

Regulatory Network Research Unit

機能調節研究ユニット
植物におけるセシウム吸収の制御技術開発および栄養欠乏応答におけるシグナル伝達カスケードを解明します

持続的農業の実現が求められている。
当ユニッ トでは解決策として、シ
ロイヌナズナを用いてカリウムの感知および欠乏時のシグナル伝達に働く因子の単離に取り組む。
また効率的に主要栄養素を利用し低栄養条
件下でもよく生長するイネの開発を目指す。加えて、塩分濃度が高く、
カリウム濃度が比較的低い海水で育つ海藻のカリウムとナトリウムの輸送
体のメカニズムを解明する研究も行う。
さらに放射性セシウムに関する

Developing method for reducing
cesium uptake and elucidating
signaling cascades in response tonutrient deprivation in plants

security via sustainable agriculture. As solutions to these issues, we aim
to elucidate the components of plant potassium sensing and deﬁciency
signaling in Arabidopsis using various approaches and develop rice
plants that eﬃciently utilize macronutrients and grow well undernutrient limited conditions. As an extension, we are studying on themechanisms of potassium and sodium transport in seaweeds which
grow high salt and low potassium condition. In addition, to establish a

肥料に含まれるカリウムと窒素は、植物の生長を制御する主要栄養素

新たなファイトレメディエーション技術の確立を目指し、ケミカルスク

であり、生産量を増加させるため肥料の使用量が増加している。
しかしリーニングで植物のセシウム吸収に影響を及ぼす化学物質の選抜を行

Potassium and nitrogen are major nutrients for plant growth, and lackthe chemicals which aﬀect cesium uptake in plants have been

肥料の増加は生産量の増加には正比例せず、余った肥料は土壌汚染を

い、
これら化学物質を小胞バイオリアクターシステムなど多領域にわたof them has entailed increased use of fertilizers. However, increased

conducted. Further characterization of selected chemicals are on-going

引き起こす要因となる。環境保護意識が高まっている昨今、地球にやさる手法を用いて解析を行う。
また、セシウム吸収・応答に関与する制御

fertilizer usage does not result in comparable production increase, andusing multidisciplinary approaches including vesicle-micro-bioreactor

しい新しい方法による農業生産量の増加と、食糧の確保を可能にする

因子の分析も行っている。

excess fertilizer run-oﬀ creates soil pollution. Growing ecologicalsystem. We are also intensively analyzing regulatory components ofawareness necessitates new solutions to increase agricultural

cesium uptake that selectively inhibit/suppress/prevent uptake ofproduction without endangering the environment, and achieve foodradiocesium from contaminated soil.

研究テーマ

ユニットリーダー／Unit Leader

申怜 Ph.D.
Ryoung SHIN Ph.D.

new method of phytoremediation, chemical screenings to elucidate

Research Subjects

植物における栄養欠乏時のシグナル伝達系の解明●

Dissection of signaling cascades in plant response to nutrient deprivation●

窒素利用効率向上イネの開発および植物の栄養素利用効率を制御するメ
カニズムの解明●

Development of rice with improved nitrogen-use efficiency and elucidationof regulatory mechanisms of plant nutrient utilization●

シロイヌナズナおよびノリにおけるイオン・チャネルの解析●

Characterization of ion channels in plants and seaweed●

植物におけるセシウム吸収抑制技術の開発およびファイトレメディエーショ
ンの制御因子分析●

Development of methods to reduce cesium uptake in plants and analysesof regulatory components for phytoremediation

●

研究成果

Research Results

植物体内でシステイン誘導体はセシウムと結合し、セシウムの吸収・蓄積が促進されることを解明した。

●

We identified that methyl cysteinate binds with cesium in plant cells and improvecesium phytoaccumulation.

●

シロイヌナズナとイネの栄養欠乏時の応答におけるE3リガーゼの役割を明らかにした。

●

We elucidated roles of E3 ligases in nutrient deficient response in Arabidopsis
and rice.

●

スサビノリのアンモニウム輸送体因子PyAMT1がカリウム欠乏時の耐性を促進する役割を証明した。

●

We demonstrated that a seaweed (Pyropia yezoensis) ammonium transporter
gene, PyAMT1, plays a role in enhancing potassium deficiency tolerance.

●

主要論文 / Publications
Adams, E. et al.
A novel role for methyl cysteinate, a cysteine
derivative, in cesium accumulation in Arabidopsis
thaliana.
Sci. Rep. 7, 43170 (2017)
Hong, J., Adams, E., Yanagawa, Y., Matsui, M., Shin, R.
AtSKIP18 and AtSKIP31, F-box subunits of the SCF
E3 ubiquitin ligase complex, mediate the degradationof 14-3-3 proteins in Arabidopsis.
Biochem. Biophysic. Res. Commun. 485, 174-180(2017)
Takiguchi, H. et al.
Discovery of E3 ubiquitin ligases that alter responses
to nitrogen deficiency using rice Full-length cDNA
OvereXpressor (FOX)-hunting system.
Plant Mol. Bio. Rep. 35, 343-354 (2017)2016年度メンバー / FY2016 Members
Unit Leader

Ryoung SHIN
Research Scientist

Eri ADAMS
Visiting Scientist

Minwoo HAN
Technical Staff

Hajime TAKIGUCHI
Takae MIYAZAKI
OthersTsuzumi MITO
Maiko MATSUI

Schematic representation of methyl cysteinate that helps to increase cesium
accumulation in plant roots
52

Rice FOX lines, CU149 and BM054 show the improved
growth in nitrogen deficient (-N) condition.
53

Plant Proteomics Research Unit

植物プロテオミクス研究ユニット

植物は急激な外的環境の変化から逃避することが出来ないため、様々な環境変最先端プロテオミクス技術を駆使して、植物独自の環境応答の仕組みを明らかにします

化に対して自らを速やかに変化させて生き抜く能力を獲得している。
その植物に特
徴的な環境適応システムの分子機構の解明は、新しい形質を付与したより優れた植物品種の開発に繋がると期待されている。
当ユニットではプロテオミクス技術の開発に取り組むとともに、最新のプロテオミクス技術を駆使して植物独自の細胞内シ
グナルネットワークの解明を目指す。

研究テーマ
●

プロテオミクス技術を利用した植物免疫システムの解明●

最先端プロテオミクス技術の確立

中神 弘史 博士（バイオサイエンス）
Hirofumi NAKAGAMI Ph.D.

Plants have evolved unique adaptation systems to tolerate various environmental
stresses. An understanding of the fundamental mechanisms underlying adaptation
processes is expected to provide novel ideas for improving plant functions. The main
goal of our unit is to dissect plant specific signaling networks essential for theadaptation system by employing advanced proteomics methods.

Research Subjects●

Exploration of novel key components of the plant immune system byproteomic approaches●

Establishment of an advanced proteomics platform for collaborative
researchResearch Results

研究成果
ユニットリーダー／Unit Leader

Dissecting plant-uniqueadaptation systems byusing advanced proteomics
methods●

植物は糖輸送体の活性を制御することで病原細菌の増殖を抑制することを明らかにした。

●

膜受容体によるキチン認識からMAPキナーゼの活性化を繋ぐキナーゼ経路を明らかにした。

●

植物の成長に関わるリン酸化酵素の基質の同定に成功した。

●

Revealed that plants regulate sugar transporter activity to limit bacterial growth.

●

Revealed the kinase cascade which links the chitin receptor to MAP kinase
activation.

●

Identified substrates of the plant growth-related protein kinase.

主要論文 / Publications
Yamada, K., Saijo, Y., Nakagami, H., Takano, Y.
Regulation of sugar transporter activity for
antibacterial defense in Arabidopsis.
Science 354, 1427-1430 (2016)
Yamada, K. et al.
The Arabidopsis CERK1-associated kinase PBL27
connects chitin perception to MAPK activation.
EMBO J. 35, 2468-2483 (2016)
Harashima, H. et al.
Modulation of plant growth in vivo and identification ofkinase substrates using an analog-sensitive variant of
CYCLIN-DEPENDENT KINASE A;1.
BMC Plant Biol. 16, 209 (2016)2016年度メンバー / FY2016 Members
Unit Leader

Hirofumi NAKAGAMI
Research Scientist

Gang-Su HYON
Postdoctoral Researcher

Izumi YOTSUITechnical Staff

Yuko NOMURAOthersShouko YAMAZAKI

Infected sugar transporter mutant

54

Substrate and phospho-site identification
by LC-MS
55

Integrated Genome Informatics Research Unit

統合ゲノム情報研究ユニット

The importance of utilizing information technology for life science and sustainable
ライフサイエンス研究の推進には生物情報を統合的に解析するアプローチが必

ゲノム情報を活用して、環境に役立つ植物の有用機能の探索を加速します

要であり、これには大量かつ多様なデータとそれを解析するための解析手法の構築
や情報技術が求められる。
当研究ユニットは、植物を中心とした様々な生物種のゲノ
ムからメタボローム、
フェノームに渡るデータ解析だけでなく、それらの研究成果のデータベース化および解析環境の開発などの情報基盤整備を推進している。
さらに、これらの情報基盤を活かした解析手法の開発を目指す。

Discovering useful functions
and traits in plants based on
genome information andbioinformatics

resource science has increased. Information integration through genome andphenome is important for understanding these science fields. Our research unit
promotes analyses with large-volume and various information as well as
implementation of an analytic pipeline that is accessible to effective results. We also
provide databases and an analysis environment for omics research. Furthermore,
we are challenging ourselves to construct an integrated analytical approach which isa synthesis of the technologies and information infrastructure.

研究テーマ
●

植物資源の使いやすさ、生産性向上に関する研究●

コケ植物のゲノム解読等に基づく金属元素耐性、環境浄化に関する生物機
能研究●

データベース開発、遺伝子機能注釈の改善等による情報資源開発、大量情報処理基盤の整備

Research Subjects●

Development of useful plant resources such as by improved usability
and productivity●

Discovery of useful functions for metal recovery and environmental
GHWR[L¿FDWLRQE\XVLQJDYDULHW\RIEU\RSK\WHVIURPWKHDVSHFWRI
omics analysis●

IT infrastructure management and development of information
platforms for project promotion including database development andgene annotation enrichment

ユニットリーダー／Unit Leader

櫻井 哲也 博士（農学）Tetsuya SAKURAI Ph.D.

研究成果

Research Results●

主要植物、藻類におけるタンパク質の物理化学的および構造的性質を予測し、機能未知遺伝子の注釈づけを推進した。

●

We have predicted the physicochemical and structural properties of major plants
and algae proteins, and promoted the annotation for unknown genes.

●

薬用植物、
コケ植物、作物等の有用機能研究のためのゲノム、トランスクリプトーム
解析を推進した。

●

We have promoted the genome and transcriptome analyses for useful plants
such as medicinal plants, bryophytes and crops.

●

情報基盤整備を行い、オミクス解析等の包括的研究を推進した。

●

We have developed and managed the information infrastructure forcomprehensive research such as genome, transcriptome and metabolome
analyses.

主要論文 / Publications
Kurotani, A., Yamada, Y., Sakurai, T.
Alga-PrAS (Algal Protein Annotation Suite): A
Database of Comprehensive Annotation in Algal
Proteomes.
Plant Cell Physiol. 58, e6 (2017)
Mochida, K. et al.
Draft genome assembly and annotation of Glycyrrhiza
uralensis, a medicinal legume.
Plant J. 89, 181-194 (2017)
Maruyama, K. et al.
Design of an optimal promoter involved in theheat-induced transcriptional pathway in Arabidopsis,soybean, rice and maize.
Plant J. 89, 671-680 (2016)2016年度メンバー / FY2016 Members
Unit Leader

Tetsuya SAKURAI
Technical Staff

Atsushi KUROTANI
Takuhiro YOSHIDA
Yutaka YAMADA

Algal Protein Annotation Suite: A database of comprehensive
annotation in algal proteomes
56

IT infrastructure development for comprehensive research using
omics-wide information57

Chemical Biology Research Group

ケミカルバイオロジー研究グループ

ケミカルバイオロジーの新手法を開発し、複雑な生物系の謎解きを目指します

化学を出発点として生命現象の解明を目指す「ケミカルバイオロジー」研究を推In order to promote research in Chemical Biology that aims to elucidate biological

進するためには、ケミカルライブラリーを整備し、それを活用するためのプラット

phenomena using chemical compounds as starting materials, it is important to

フォームを構築することが重要である。
当グループは、微生物、植物の代謝産物に着目して天然化合物を収集・合成すると共に、その化学情報および生物情報を集録したデータベースを構築する。
そして、天然化合物ライブラリーから新しい生理活性物質を探索すると共に、それらの標的タンパク質同定、作用機作解析を行う。更に、タ
ンパク質および天然有機化合物の構造解析などの研究基盤を整備し、ケミカルバイDeveloping new techniques
for chemical biology andelucidating mysteries ofcomplex biological systems

オロジーと環境資源科学に関連する基礎研究を遂行する。

研究テーマ

グループディレクター／Group Director

長田 裕之 農学博士
Hiroyuki OSADA D.Agr.

establish a platform for chemical libraries. Our group constructs chemical libraries
through the genetic engineering of microorganisms and organic synthesis, as well as
databases that describe the chemical and biological information of the libraries. We
explore useful bioactive compounds in the chemical library, identify molecular targetsof bioactive compounds, and elucidate mechanisms behind the actions of active
compounds as well. We continue to maintain this infrastructure for advanced studies
of chemical biology and sustainable resource science.

Research Subjects●

Expansion of the database of the chemical bank, “Natural Products
Depository (NPDepo)”

遺伝子工学的・合成化学的技術を駆使した化合物ライブラリーの拡充●

Expansion of the chemical library using genetic engineering andsynthetic chemistry

生物活性小分子の探索および標的同定を可能にする新たな解析技
術の開発●

Exploration of bioactive small molecules and development of new
DQDO\WLFDOWHFKQLTXHVIRUWDUJHWLGHQWL¿FDWLRQ●

天然化合物バンク“NPDepo”データベースの拡充

●

●

研究成果
●

プロテオーム解析を用いたプロファイリング法により、
collismycin Aが鉄のキレー
ターとして働くことを明らかにした。

●

ケミカルアレイを用いて、NPDepoライブラリーより新規MTH1阻害剤を発見した。

●

東京大学との共同研究で放線菌におけるアミノ基キャリアタンパク質を介した二次代謝経路を発見した。

Research Results●

Using proteomic profiling, we found collismycin A acts as a specific iron chelator.

●

We discovered novel MTH1 inhibitors from NPDepo library using chemical array
platform.

●

We discovered Streptomyces secondary metabolite pathway mediated byamino-group carrier proteins in collaboration with the University of Tokyo.

主要論文 / Publications
Kawatani, M. et al.
Proteomic profiling reveals that collismycin A is aniron chelator.
Sci. Rep. 6, 38385 (2016)
Kawamura, T. et al.
Proteomic profiling of small-molecule inhibitors
reveals dispensability of MTH1 for cancer cell
survival.
Sci. Rep. 6, 26521 (2016)
Hasebe, F. et al.
Amino group carrier protein-mediated secondary
metabolite biosynthesis in Streptomyces
Nat. Chem. Biol. 12, 967–972 (2016)2016年度メンバー / FY2016 Members
Group Director

Visiting Scientist

Hiroyuki OSADA

Lai Ngit SHIN

Senior Research Scientist

Visiting Researcher

Makoto MUROI
Takayuki MOTOYAMA
Yasumitsu KONDOH
Makoto KAWATANI
Takeshi SHIMIZU

Azhar RASUL

Research Scientist

Toshihiko NOGAWA
Yushi FUTAMURA
Choong Soo YUN
Special Postdoctoral
Researcher

Technical Staff

Akiko OKANOHarumi AONO
Miho TANAKA
Yoko TANAKAInternational Program
Associate

Amit SUBEDI
Ammara KHALID

Junnosuke OTAKA
Postdoctoral Researcher

Kazuko YOSHIDA
Takeshi KASHIWA

Target identification of collismycin A by proteomic profiling

58

Discovery of new MTH1 inhibitors using chemical array screening

59Chemical Genomics Research Group

ケミカルゲノミクス研究グループ

Identification of novel small molecular ligands is essential to understand diverse
biological phenomena and to control the biological systems by chemical methods.

ケミカルバイオロジーのアプローチにより、様々な生命現象を理解し、それを人為的に制御するためには、
ユニークな活性を持つ新たな小分子リガンドの開発が必須

ケミカルバイオロジーを用いて環境資源に関する諸問題を解決する方法論を開拓しますである。
そこで当グループは、化合物ライブラリーから環境資源科学の進展に貢献可
能な新しい分子リガンドの発見を目指す。具体的には、動植物・微生物細胞を用いた表現型スクリーニング系、あるいは代謝調節やエピゲノム等を標的とした in vitro ス
クリーニング系を構築し、探索研究を行う。
さらにハイスループットスクリーニング（HTS）の高度化を目指した基盤研究を行う。
これらのケミカルバイオロジー研究をThis project focuses on the development of useful molecular ligands that are

Exploiting methodologies toresolve environmental andresource-related problems
using chemical biology

expected to contribute to an advance in environmental and resource sciences by
employing chemical libraries that consist of microbial metabolites and/or synthetic
compounds. In particular, we search into novel active compounds by constructing avariety of phenotypic screening systems using genetically modified animal, plant andyeast cells, and in vitro screening systems using various target proteins that include
enzymes for metabolism and epigenetics. In addition, we construct new platforms fordeveloping high throughput screening systems. Our goal is to identify and provide

通じて、環境資源科学研究の新しい方法論を開拓することを研究目標としている。

unique molecular ligands that are useful for chemical biology research that aims to
exploit new areas of environmental and resource sciences.

研究テーマ

グループディレクター／Group Director

吉田 稔 農学博士
Minoru YOSHIDA D.Agr.

Research Subjects●

バイオ燃料生産への応用を目指した化合物による脂質代謝の制御●

Chemical regulation of the lipid metabolism for effective biofuel production●

地球温暖化防止を目指した化合物による窒素サイクルの制御●

Chemical regulation of the nitrogen cycle for prevention of global warming●

タンパク質メチル化、アセチル化、
SUMO化などを介したエピジェネティクスの化学的制御●Chemical regulation of epigenetics such as protein methylation, acetylation,and SUMOylation●

タンパク質間相互作用を標的とした化合物のスクリーニング系開発●

Development of screening systems for active compounds that target
protein-protein interactions

研究成果

Research Results
Based on its crystal structure of NirK, nitrite reductase involved in the productionof greenhouse gas nitrous oxide, we designed new compounds potentially bind to
NirK, and identified active compounds that inhibit the enzyme activity.

●

地球温暖化の原因となり得る亜酸化窒素排出に関わる亜硝酸還元酵素NirKの結晶構造を元に、それに結合する化合物を設計し、実際に酵素活性を阻害する化合物を見出した。

●●

分裂酵母の全タンパク質約5,000種類について、2-ハイブリッドシステムを用いて相互作用を網羅的に調べ上げ、
2,000以上の新規の相互作用を見出した。

●

More than 2,000 protein-protein interactions in fission yeast were newly identified
from genome-wide 2-hybrid screening using its proteome consisting ofapproximately 5,000 proteins.

●

分裂酵母を用いて、細胞変性効果をもたらすジカウイルス由来のタンパク質の挙動を明らかにした。

●

We analyzed cytopathic effects of ZIKA virus proteins using fission yeast as asurrogate host.

主要論文 / Publications
Matsuoka, M. et al.
Discovery of Fungal Denitrification Inhibitors by
Targeting Copper Nitrite Reductase from Fusarium
oxysporum.
J. Chem. Inf. Model. 57, 203-213 (2017)
Vo, TV. et al.
A Proteome-wide Fission Yeast Interactome Reveals
Network Evolution Principles from Yeasts to Human.
Cell 164, 310-323 (2016)
Li, G. et al.
Characterization of cytopathic factors throughgenome-wide analysis of the Zika viral proteins infission yeast.
Proc. Natl. Acad. Sci. USA 114, E376-E385 (2017)2016年度メンバー / FY2016 Members
Group Director

Technical Staff

Minoru YOSHIDA

Satoko MAEDA
Atsushi HASHIMOTO

Senior Research Scientist

Akihisa MATSUYAMA
Yoko YASHIRODA
Akihiro ITO
Ken MATSUMOTO
Research Scientist

Kazuki SASAKISpecial Postdoctoral
Researcher

Junior Research
Associate

Shohei TAKASEInternational Program
Associate

EffendiStudent Trainee

Jagat CHHIPISHRESTHA

Akiko FUJIWARA

OthersPostdoctoral Researcher

Keiko MORONAGA

Masaki MATSUOKA
Tomoshige HIRATSUKA

Alleviation of global warming with denitrification inhibitors

60

Comparison of localizations of ZIKV proteins (M, NS2A, and NS1) with S. pombe
cellular proteins whose localizations are known
61

Molecular Ligand Target Research Team

分子リガンド標的研究チーム

ユニークな生理活性を示す小分子リガンドには、生体内に必ず特異的な標的分子が存在する。標的分子の決定は、分子リガンドの作用機構解明に必須であり、創化学遺伝学的アプローチにより化合物の標的分子や細胞内作用機序を明らかにします

薬研究の要ともなっている。
しかし、分子リガンドと標的分子との相互作用は一様でないため、これまで標的分子の決定はきわめて困難であった。
当チームは、分裂酵母
全遺伝子ORF発現株ライブラリーや出芽酵母遺伝子破壊株ライブラリーを用いた遺伝学的相互作用の検出法をもとにした新しい相互作用検出技術の開発を行う。
これを用いて生理活性を引き出す原因となる標的分子を速やかにかつ正確に決定することを目指す。

研究テーマ●

分子リガンドとその標的分子間の化学遺伝学的相互作用の網羅的解析●

生理活性を有する化合物の作用機序の検証●

チームリーダー／Team Leader

チャールズ・ブーン Ph.D.
Charles M. BOONE Ph.D.

必須遺伝子を標的とする生理活性物質の同定

研究成果●

310個の酵母遺伝子破壊株セットから成る、化合物の標的同定のためのハイス
ループットケミカルゲノミクス解析パイプラインを構築した。

●

酵母ケミカルゲノミクス解析パイプラインを用いて化合物の標的予測を行ったとこ
ろ、理研NPDepo化合物コレクションに収蔵される化合物の標的機能は非常に多様であることがわかった。

●

化合物の標的が必須遺伝子である場合のケミカルゲノミクス解析ツールとして必須遺伝子の二倍体ヘテロ型遺伝子破壊株を用いたハプロ不全プロファイルシステ
ムおよび必須遺伝子の温度感受性変異株を用いたプロファイルシステムを構築した。

Exploring target moleculesand mode-of-action of
bioactive compounds
through global analysis ofchemical genetic interactions

Small molecular ligands with unique activities must have specific target moleculesthat exist in their cells or organisms. Identification of target molecules is critical for
elucidating the mode of action of molecular ligands and for drug development.
However, drug target identification has been difficult in general, because the mode ofinteractions between molecular ligands and their targets are not uniform. Our teamaims at developing innovative techniques based on global analysis of yeast genetic
interaction, which leads to quick and accurate detection of ligand-target interactions.

Research Subjects●

Global analysis of chemical genetic interactions between molecular ligands
and their target molecules●

Validating the mode of action of bioactive compounds●

Identifying bioactive chemical tools and therapeutic leads that target
essential gene pathways

Research Results●

We designed and constructed a diagnostic set of 310 yeast mutants for highthroughput screening of compounds, leading to high confidence target biologicalprocess predictions.

●

We defined the functional diversity for the RIKEN NPDepo compound collection
by the yeast chemical genomic screening pipeline.

●

We have set up a quantitative system for measuring the fitness of heterozygous
diploid mutants for drug-induced haploinsufficiency and temperature-sensitive
haploid mutants for comparisons of genome-wide yeast synthetic genetic
interaction data.

主要論文 / Publications
van Leeuwen, J. et al.
Exploring genetic suppression interactions on a global
scale.
Science 354, aag0839 (2016)
Costanzo, M. et al.
A global genetic interaction network maps a wiring
diagram of cellular function.
Science 353, aaf1420 (2016)
Dickinson, Q. et al.
Mechanism of imidazolium ionic liquids toxicity in
Saccharomyces cerevisiae and rational engineeringof a tolerant, xylose-fermenting strain.
Microb. Cell Fact. 15, 17 (2016)2016年度メンバー / FY2016 Members
Team Leader

Charles M. BOONE
Deputy Team Leader

Yoko YASHIRODA
Foreign Postdoctoral Researcher

Sheena Claire Leoncio LI
Technical Staff

Yumi KAWAMURA
Mami YOSHIMURA

Functional signatures of the RIKEN NPDepo compound
collection
6263

Natural Product Biosynthesis Research Unit

天然物生合成研究ユニット

Microorganisms such as actinomycetes and filamentous fungi are a rich repository

放線菌や糸状菌などの微生物は有用二次代謝物の宝庫である。微生物代謝物を効率的に生産するためには生合成機構の理解が重要であり、遺伝学的・生化学的に微生物遺伝子資源を探索し、有用物質生産に向けて生合成機構を解明します

生合成の伴反応の解明を進めている。
さらに生合成経路改変により、微生物が本来有している化合物多様化機能の拡張を図る。転写制御因子の利用に加え、小分子化合物を用いた生合成遺伝子クラスターの活性化手法を開発し天然物を創出する。
有用天然物の効率的生産を可能とする微生物生合成プラットフォームを構築し、遺of valuable secondary metabolites. The understanding of biosynthetic mechanisms

Exploring microbial generesources and elucidating
biosynthetic mechanisms to
produce valuable compounds

is important to utilize microbial metabolites efficiently. For this reason we elucidate a
key reactions of biosynthetic pathways by genetic and biochemical methods. We
diversify microbial metabolites by modifying gene clusters and pathway engineering.
In addition to utilizing transcriptional regulators, we develop novel methods toactivate biosynthetic gene clusters by small molecules and create natural products.
We are constructing microbial biosynthetic platforms and efficiently produce valuable

伝子資源を活用した有用化合物生産を目指す。

natural products using genetic resources from nature.

ユニットリーダー／Unit Leader

主要論文 / Publications

Research Subjects

研究テーマ
●

遺伝子、生化学、及び構造解析による生理活性を持つ微生物代謝産物の生合成機構解明●二次代謝生合成遺伝子クラスターに存在する転写制御因子群の評価●

ゲノム配列解析より見出された未知遺伝子クラスターからの新規二次代謝物の生産●

二次代謝産物の生産を高める小分子の開発●

微生物を利用した生合成プラットフォームの構築●

Elucidation of biosynthetic machinery of bioactive microbial metabolites bygenetic, biochemical and structural analyses●

Evaluation of transcriptional regulators associated with secondary
metabolite gene clusters●

Production of novel secondary metabolites from unknown gene clusters
unveiled by genome sequence analysis●

Development of small molecules that enhance production of secondary
metabolites●

Construction of biosynthetic platforms using microorganisms

Ray, L. et al.
A crotonyl-CoA reductase-carboxylase independent
pathway for assembly of unusual alkylmalonyl-CoA
polyketide synthase extender units.
Nat. Commun. 7, 13609 (2016)
Shinohara, Y., Takahashi, S., Osada, H., Koyama, Y.
Identification of a novel sesquiterpene biosynthetic
machinery involved in astellolide biosynthesis.
Sci. Rep. 6, 32865 (2016)
Jang, J.-P. et al.
RK-1441, a new benadrostin derivative produced by
Streptomyces sp. RK88-1441.
J. Antibiot. 70, 102-104 (2017)高橋 俊二 博士（理学）
Shunji TAKAHASHI D.Sci.

Research Results

研究成果●

ポリケチド化合物の生合成に関わる新しいカルボキシル化酵素を発見した。

●

We discovered a new carboxylase involved in polyketide biosynthesis.

●

麴菌より新規セスキテルペン環化酵素を発見した。

●

We discovered a novel sesquiterpene cyclase from Aspergillus oryzae.

2016年度メンバー / FY2016 Members●

糸状菌ゲノムよりDiels-Alderase遺伝子(fsa2)のホモログを同定した。

●

We identified Diels-Alderase gene (fsa2) homologs from fungal genomes.

Unit Leader

Shunji TAKAHASHI
Research Scientist

Naoki KATO
Postdoctoral Researcher

Naoko KITO
Visiting Scientist

Keita AMAGAITechnical Staff

Hiroshi TAKAGINoriko SHIBAZAKI
Kiyomi KINUGASAReductase/carboxylase dependent pathway
OH
O

S CoA

S CoA
O

O

CoA

S CoA
O

CO2

COOH

reveromycin
polyketide synthase(PKS)
acyl-CoA ligase
acyl-CoA
reductase/carboxylase
dehydrogenase(RevT)(RevS)
fatty acidacyl-CoAalkylmalonyl-CoA(E)-2-enoyl-CoA
ATP

AMP+PPi

FAD

R

NADP+

NADPH

FADH2

R

R

R

sesquiterpene cyclase (AstC)

Carboxylase dependent pathway
OH
O

H

S CoA

S CoA
O

CoA

HCO3

fatty acidATP

AMP+PPiacyl-CoA ligase(SamR0482)

Racyl-CoAacyl-CoA
carboxylase(SamR0483)

Two pathways for alkylmalonyl-CoA biosynthesis

64

R

OH

AstK

+

COOH

ADP+Pi

OP

AstI

O

−

stambomycin
ATPR

phosphatase
OPP

OPP

OPP

polyketide synthase
(PKS)

+

H

farnesyl pyrophosphate

H

H

H

drimanyl pyrophosphate drimanyl monophosphateHdrim-8-ene-11-ol

alkylmalonyl-CoA

Biosynthetic pathway of drim-8-ene-11-ol

65Chemical Resource Development Research Unit

化合物リソース開発研究ユニット

化合物ライブラリーは、
ケミカルバイオロジーの研究手法を用いて生物機能制御

ケミカルバイオロジー研究を加速するための化合物ライブラリーを拡充し活用します

研究、医農薬研究を推進する上で、欠くことの出来ない研究ツールである。
当ユニッ
トは、化合物ライブラリーの有効活用を目的として化合物ライブラリー基盤をベースとした連携研究を推進する。化合物ライブラリーおよび化合物情報の提供などを通じて、環境資源科学研究、
ケミカルバイオロジー研究をサポートし、当該分野での連携をプロモートする。
また、
ケミカルバイオロジー研究グループ、天然物生合成研究ユニット等と連携して化合物ライブラリーの充実を図る。

研究テーマ
●

化合物ライブラリーの有効活用●

構造活性相関解析と化合物の構造最適化による研究推進

研究成果

A chemical library is an indispensable tool to promote research on regulation of cellfunctions and drug-discovery under the strategy of chemical biology. To ensure
utilization and application of the chemical library, we promote research supports forchemical biology and resource science by providing chemical compounds, theirinformation and structure-activity relationship analysis. Moreover we will enrich thechemical library by cooperation with Chemical Biology Research Group and Natural
Product Biosynthesis Research Unit.

Research Subjects●

Chemical library utilization●

Research promotion by structure-activity relationship analysis
and optimization of chemical structures

Research Results●

京都大学との共同研究で天然化合物のミラーイメージライブラリーのスクリーニ
ング手法を開発し、NP843の鏡像異性体(ent-NP843)がMDM2に対する阻害活性を示すことを明らかにした。

●

We have developed a screening strategy for mirror-image library of natural
products and identified that enantiomer of NP843 (ent-NP843) has inhibitory
activity against the interaction between MDM2 and p53.

●

大阪大学との共同研究でSNAP23タンパク質に結合する化合物としてMF286を
NPDepo化合物ライブラリーから同定し、この化合物がSNAP23の機能を阻害し、インスリン分泌を増加させる効果があることを明らかにした。

●

We found that the SNAP23-binding compound MF286 promoted insulin secretion
and improved glucose tolerance by inhibiting formation of the SNARE complex
that includes SNAP23.

●

化合物ライブラリーの有効活用のため、国内外の研究機関に化合物とそれらの情報を提供した。

●

To ensure utilization and application of chemical library, we provided chemicalcompounds and their information to domestic and international research
institutes.

ユニットリーダー／Unit Leader

長田 裕之 農学博士
Hiroyuki OSADA D.Agr.

Expanding and usingchemical libraries toaccelerate chemical biology
research

主要論文 / Publications
Noguchi, T. et al.
Screening of a virtual mirror-image library of natural
products.
Chem. Comm. 52, 7653-7656 (2016)
Kunii, M. et al.
Opposing roles for SNAP23 in secretion in exocrineand endocrine pancreatic cells.
J. Cell Biol. 215, 121-138 (2016)
Kondoh, Y. et al.
&RPSDUDWLYHFKHPLFDODUUD\VFUHHQLQJIRUSȖį
MAPK inhibitors using a single gatekeeper residue
GLIIHUHQFHEHWZHHQSĮȕDQGSȖį
Sci. Rep. 6, 29881 (2016)2016年度メンバー / FY2016 Members
Unit Leader

Hiroyuki OSADA
Technical Staff

Hiroyuki HIRANO
Yuta IWAI

Achievement of chemical library provision

66

Conservation of chemical library67

Bio-Active Compounds Discovery Research Unit

生理活性物質探索研究ユニット

We are developing platforms for discovery and validation of useful bio-active

循環資源の探索と利用研究に活用できる研究基盤構築のため、生理活性物質の探索・評価プラットフォームの開発を行っている。
プラットフォームの開発とその高度

環境資源科学研究に活用できる生理活性物質の探索・評価系開発を行います

化によって、光合成機能・窒素固定能の活性化、脱窒抑制、微量元素回収活性の強化等といったセンターの目標に資する生理活性物質探索への貢献を目指す。具体的には、理研NPDepo化合物ライブラリーの生物活性評価を行うとともに、物理的相互作用検出技術の開発を、リン酸化依存タンパク質間相互作用認識系や、化合物ア
レイによるタンパク質-小分子化合物認識系の開発を中心に行っている。

研究テーマ

Developing platforms todiscover and validate usefulbio-active compounds forsustainable resource science

compounds as research platforms for sustainable resources and their application.
After development and refinement of these platforms, we will identify bioactive
compounds useful for improvement of photosynthesis efficiency, N2 fixation,
denitrification and recovery of rare metals. We will validate bioactivity of RIKEN
NPDepo chemical library compounds and develop and refine a detection system forphosphorylation dependent protein-protein interaction. We are also improving
chemical array systems for discovery of novel bioactive compounds.

Research Subjects●

新しいバイオプローブ開発のための微生物学・化学的アプローチ●

Microbiological and chemical approaches for exploitation of novel bioprobes●

生理活性物質の探索研究●

Screening of bioactive compounds●

生理活性物質の標的分子の同定●,GHQWL¿FDWLRQRIPROHFXODUWDUJHWVRIELRSUREHV●

新規分子標的の開拓とそれらの機能解析研究●

Mining and functional analysis of molecular targets

ユニットリーダー／Unit Leader

渡邉 信元 理学博士
Nobumoto WATANABE D.Sci.

研究成果
●

●

●

Research Results

リン酸化依存結合阻害物質探索法により新しいPin1阻害物質を見出した。

●

Identification of Novel Pin1 inhibitors through high throughput screening system

リン酸化酵素CK1活性阻害を介して細胞のリプログラミングを誘導する物質を見出した。

●

Identification of stem cell reprogramming inducer through the inhibition of CK1●

Identification of artesunate as a selective inhibitor of cancer stemness

抗マラリア薬として知られるアルテスネートに選択的がん幹細胞阻害活性を見出した。

主要論文 / Publications
Watanabe, N., Osada, H.
Small molecules that target phosphorylation
dependent protein-protein interaction.
Bioorg. Med. Chem. 24, 3246-3254 (2016)
Ursu, A. et al.
Epiblastin A Induces Reprogramming of Epiblast
Stem Cells Into Embryonic Stem Cells by Inhibition of
Casein Kinase 1.
Cell Chem. Biol. 23, 494-507 (2016)
Subedi, A. et al.
High-throughput screening identifies artesunate as
selective inhibitor of cancer stemness: Involvement of
mitochondrial metabolism.
Biochem. Biophys. Res. Commun. 477, 737-742(2016)

2016年度メンバー / FY2016 Members
Unit Leader

Nobumoto WATANABEInternational Program Associate

Kruthi SUVARNA
Technical Staff

Hideaki KONNO
Kaori HONDA
Tomomi SEKINE
Emiko SANADA

Structure Activity Relationship of Pin1 Inhibitors

68

Identification of Cancer Stem Cell Inhibitors

69

Advanced Catalysis Research Group

先進機能触媒研究グループ

新しい触媒の開発は、従来にない優れた機能を持つ物質の創製につながり、不可

Our group aims to develop new generations of catalysts, which are

能だと思われていた化学反応を可能にするなど、様々な分野にインパクトを与える

省資源・省エネ型化学合成を実現できる新しい触媒を開発します

極めて重要な研究課題である。
当グループでは、各種金属元素の特徴を活かした革新的触媒の開発を通じて、省資源・活資源・省エネルギー型物質創製を追求している。特に、窒素から温和な条件下でのアンモニア合成や含窒素有機化合物の合成、
二酸化炭素を活用するカルボン酸などの高付加価値有機化合物の合成、複数の異complementary or superior to existing ones, for the efficient use of untapped

Developing new catalysts
for more efficient, selective
chemical transformations

なるモノマーの効率的・選択的共重合による高機能ポリマー材料の創製など、実用

侯 召民 工学博士
Zhaomin HOU D.Eng.

utilization of CO2 as a chemical feedstock for the synthesis of value-added finechemicals, and (3) efficient and selective synthesis of fine chemicals and functional

Research Subjects●

窒素分子の活性化と有効利用●'LQLWURJHQDFWLYDWLRQDQGHI¿FLHQWWUDQVIRUPDWLRQ●二酸化炭素を炭素資源として活用する有機合成反応の開発●

Using carbon dioxide as a building block for organic synthesis●

Organo rare-earth catalysts for precision polymerization and organic
synthesis●

グループディレクター／Group Director

Particular interests are directed to: (1) activation and utilization of N2 for the synthesisof ammonia and nitrogen-containing organic compounds under mild conditions, (2)polymer materials.

化も念頭に多方面にわたる基礎研究を行う。

研究テーマ

resources and the synthesis of fine chemicals and functional polymer materials.

希土類触媒による精密重合と精密有機合成

研究成果●

窒素分子から直接ニトリルの合成に成功した。

●

銅触媒を用いることにより、
CO2、ホウ素化合物、アルデヒド類、
リチウムアルコキシ
ドから、新奇なリチウムホウ素化合物の選択的合成に成功した。

●

Research Results●

We have achieved the efficient and selective conversion of dinitrogen to nitriles ata multinuclear titanium framework.

●

We have achieved for the first time the synthesis of novel lithium boracarbonate
ion-pair compounds by copper-catalyzed one-pot multi-component coupling ofcarbon dioxide, diboron, aldehydes, and lithium tert-butoxide.

●

We have achieved for the first time the simultaneous chain-growth and step-growth
polymerization of methoxystyrenes, which afforded novel macromolecules
containing multiple branches of unique alternating anisole-ethylene sequences.

希土類触媒を用いることにより、メトシキスチレンの連鎖重合と逐次重合の同時進行を初めて実現し、新規多分岐ポリマーの合成に成功した。

主要論文 / Publications
Guru, M. M., Shima, T., Hou, Z.
Conversion of Dinitrogen to Nitriles at a Multinuclear
Titanium Framework.
Angew. Chem. Int. Ed. 55, 12316-12320 (2016)
Carry, B., Zhang, L., Nishiura, M., Hou, Z.
Synthesis of Lithium Boracarbonate Ion Pairs by
Copper-Catalyzed Multi-Component Coupling of
Carbon Dioxide, Diboron, and Aldehydes.
Angew. Chem. Int. Ed. 55, 6257-6260 (2016)
Shi, X., Nishiura, M., Hou, Z.
Simultaneous Chain-Growth and Step-Growth
Polymerization of Methoxystyrenes by Rare Earth
Catalysts.
Angew. Chem. Int. Ed. 55, 14812-14817 (2016)2016年度メンバー / FY2016 Members
Group Director

Postdoctoral Researcher

Zhaomin HOU

Huailong TENG
Chunxiang WANG
Haobing WANG
Can XUE
Shaojie LOU
Yusuke SAITO
Yu PAN
Zhenghua LI
Yat Ming SO
Gen LUO
Yang YANG

Senior Research
Scientist

Satoshi KAMIGUCHI
Masayoshi NISHIURA
Takanori SHIMA
Masanori TAKIMOTO
Research Scientist

Liang ZHANG
Special Postdoctoral
Researcher

Shaowei HUTechnical Staff

Hisashi SOGA

Foreign Postdoctoral
Researcher

Ching Tat TO

Copper-catalyzed one-pot coupling of CO2, B2(pin)2 and aldehydes

70

Titanium-mediated synthesis of nitriles from N2 and acid chlorides

71

Catalysis and Integrated Research Group

触媒・融合研究グループ

Our group focuses on developing new transition metal-catalyzed reactions, and on
conducting integrated plant science and chemistry research with emphasis on

環境資源科学に資する、遷移金属触媒を用いる新規反応の開発と、植物科学と化学との融合研究に取り組んでいる。特に、物質の構造、機能を分子状酸素を利用した触媒的酸化反応で調節する手法を開発し、炭素資源や金属資源の有効活用に

遷移金属触媒を用いる新規反応の開発と、化学と植物科学との融合研究に取り組みます

貢献することを目指す。
また、精密有機合成化学を基盤とする天然資源の有用物質への変換や、開発した有機反応によって合成できる化合物や植物などの二次代謝産物の有効活用法の探索にも取り組んでいる。特に植物二次代謝産物は、植物、動物に対する機能が未知のものも多いことから、それらの活用を多面的に探索することにも挑戦している。
さらに、
当研究センターの植物や微生物科学と化学の連携研究

sustainable resource science. In particular, we aim to develop methodologies forDeveloping new transition
metal-catalyzed reactions
and conducting integrated
research of chemistry andplant science

manipulation and/or modulation of structures and functions of organic molecules bycatalytic oxidation reactions utilizing molecular oxygen, which will contribute toeffective utilization of carbon- and metal-based resources. In addition, of interest areinvestigation on transformations of readily accessible natural organic molecules into
valuable materials based on fine synthetic organic chemistry, as well as research on
the effective utilization of materials synthesized by newly developed reactions or fromsecondary metabolites of plants. In particular, we study various aspects of secondary
metabolites of plants, whose effects on plants and animals have not been wellに貢献することも目指す。

clarified. Furthermore, this group will also contribute to enhancing collaboration
between plant/microbiology research and chemical research activities inside CSRS.

研究テーマ
●

植物由来の酸化ステロイドphysalin類の生物活性発現機構を解明する●

Analysis of the mode-of-action of physalins – plant oxygenated steroids●

植物リピドミクス解析に利用可能な糖脂質を化学合成する●

Synthesis of unique glycolipids●

酸素を用いる遷移金属触媒反応を開発する●

Utilization of O2 for oxidation reactions●

遷移金属触媒を用いるフルオロアルキル化反応を開発する●

Development of catalytic fluoroalkylations●

遷移金属触媒を用いる不斉炭素-炭素結合形成反応を開発する●

Development of asymmetric carbon-carbon bond-forming reactions

グループディレクター／Group Director

袖岡 幹子 薬学博士
Mikiko SODEOKA D.Pharm.

Research Subjects

研究成果

Research Results●

酸無水物をペルフルオロアルキル源とする実用的なアルケンのペルフルオロアルキ
ル化反応を開発した。

●

A practical perfluoroalkylation reaction of unactivated alkenes with acidanhydrides as the perfluoroalkyl source was developed.

●

銅触媒によるピラゾールの合成において酸素分子を酸化剤として活用することに
成功した。

●

We achieved utilization of molecular oxygen as an oxidant in copper-catalyzed
pyrazole synthesis.

●

観賞用及び食用ホオズキの葉組織および単離した酸化ステロイドを提供し、ホオ
ズキ類のトランスクリプトーム及び代謝物解析に貢献した。

●

We contributed to transcriptome analysis and metabolite profiling by providing
leaf tissue of Physalis alkekengi and Physalis peruviana as well as isolated
oxysteroids.

主要論文 / Publications
Kawamura, S., Sodeoka, M.
Perfluoroalkylation of unactivated alkenes with acidanhydrides as the perfluoroalkyl source.
Angew. Chem., Int. Ed. 55, 8740-8743 (2016)
Pünner, F., Sohtome, Y., Sodeoka, M.
Solvent-dependent copper-catalyzed synthesis ofpyrazoles under aerobic conditions.
Chem. Commun. 52, 14093-14096 (2016)
Fukushima, A. et al.
Comparative characterization of the leaf tissue of
Physalis alkekengi and Physalis peruviana using
RNA-seq and metabolite profiling.
Front. Plant Sci. 7, 1883 (2016)2016年度メンバー / FY2016 Members
Group Director

Mikiko SODEOKA
Senior Research Scientist

Go HIRAI
Kosuke DODO
Research Scientist

Yoshihiro SOHTOME
Postdoctoral Researcher

Shintaro KAWAMURA
Shigeru YAMAGUCHI
Florian PÜNNER
Technical Staff

Kana ONUMA

A practical alkene perfluoroalkylation by using perfluoro acid anhydrides

72

Selective, but diverse synthetic manipulation using molecular oxygen73

Advanced Elements Chemistry Research Team

先進機能元素化学研究チーム

分子を自由自在に変換し、機能性の高い化合物を創出することは、循環型社会形
成の観点から重要性が高まっている。
当チームでは、有機合成化学/理論計算/分光

多様な元素の特性を活かし、分子の新たな機能を引き出し、
未踏の科学を切り拓きます

学を駆使して、「普遍金属元素を利活用する新反応の開発」「光合成などの生物機能を理解するための分子設計と合成」「計算化学を活用した反応機構解析」に挑んでいる。新奇有機配位子の設計、高機能性有用物質の合成、有機-無機融合材料の物
質変換を通して、
グリーンイノベーションを目指した独創的・先導的研究を展開する。

From the perspective of establishing a recycling-based society, it has become

Exploring the science frontier
through periodic table-widechemistry with moleculesfeaturing element-based
characteristics

more important to sophisticatedly convert molecules into desired products inorder to synthesize highly functional compounds. Our main research aims include
1) development of innovative synthetic processes utilizing common metalelements, 2) molecular design and synthesis toward understanding biological
functions such as photosynthesis, and 3) theoretical analysis of reaction
mechanisms. We are conducting cutting-edge multidisciplinary research thatcombines synthetic organic chemistry, spectroscopy, and computational
chemistry.

主要論文 / Publications

Research Subjects

研究テーマ

●

Design of new ate complexes and their practical application fororganic synthesis●

Development of expanded phthalocyanines toward utilization ofnear-infrared light●

金属アート錯体の精密設計と有機合成への応用●

近赤外光の活用を指向した拡張フタロシアニンの開発●

遷移金属触媒を用いないクロスカップリング反応の開発●

C-C cross-coupling without transition metal catalysts●

有機化学反応機構に関する理論的考察●

Theoretical analysis of reaction mechanisms

Tezuka, N. et al.
Direct Hydroxylation and Amination of Arenes via
Deprotonative Cupration.
J. Am. Chem. Soc. 138, 9166–9171 (2016)
Wang, D.-Y. et al.
Stille Coupling via C–N Bond Cleavage.
Nature Commun. 7, 12937 (2016)
Kitazawa, Y. et al.
“Naked” Lithium Cation: Strongly Activated Metal
Cations Facilitated by Carborane Anions.
J. Org. Chem. 82, 1931-1935 (2017)

チームリーダー／Team Leader

内山 真伸 博士（薬学）Masanobu UCHIYAMA D.Pharm.

Research Results

研究成果●

銅の特性を活かすことで、芳香環に直接水酸基／アミノ基を導入する方法論を開拓した。

●

Direct hydroxylation/amination of aromatic compounds have been achieved
based on the characteristic of copper element.

●

不活性な炭素−窒素結合の切断を介したクロスカップリング反応を開発した。

●

We have developed novel Stille cross-coupling via C-N bond cleavage.

●

カルボランアニオンを用いることで、リチウムカチオンの特異な反応性を引き出した。

●

Unprecedented reactivity of a “naked” lithium cation with carborate anion has
been realized.

2016年度メンバー / FY2016 Members
Team Leader

Masanobu UCHIYAMA
Deputy Team Leader

Ryo TAKITA
Senior Research Scientist

Atsuya MURANAKA
Postdoctoral Researcher

Misae KANAIOH

Hydroxylation
ROOH
H
DMG

[Cu]

Deprotonative
Cupration

FG

DMG

DMG
FG
18 examples
up to 92% yield

FG
NH2

RONH2
・Direct Synthesis of Phenols / Anilines
・Theoretical Investigation on Reaction Mechanism

AminationFG
10 examples
up to 79% yield

Direct Hydroxylation and Amination of Arenes via Deprotonative Cupration

74

R = aryl or alkyl

DMG

Ar

NMe3+・-OTf + Me3Sn(1.0 equiv.)Ni(cod)2 (10 mol%)ICy・HBF4 (20 mol%)CsF (3.0 equiv.)

R(1.1 equiv.)

1,4-dioxane
80 oC, >12 h

Ar

R

Cy N

+
BF4
N Cy

ICy・HBF4(up tp 95% isolated yield)

Stille Cross-coupling via C-N Bond Cleavage

75Green Nanocatalysis Research Team

グリーンナノ触媒研究チーム
次世代型化学プロセス・化学反応のゴールは「環境にも人にも優しく、高い効率とAn important goal of next generation synthetic organic chemistry is developing a

選択性を持って望みとする化合物のみを簡便に迅速に自在に創り出す化学」
である。
当チームでは、
そのゴールを実現するべく、
シナジスティックな効果を発現する触新しい触媒システムを開発し、
環境調和性に富む安全・高効率な化学反応を実現します

媒反応システムの創出を目指す。
すなわち、触媒の分子構造の精緻な設計に加え、反応媒体や反応装置との協同作用、反応メディアと基質の相互作用による反応の駆動と制御などを通じて、その実現が待望されながらも従来法では達成困難であった(1) 水中不均一系有機分子変換 (2) 汎用性ある環境調和型触媒反応 (3) 瞬間的フロー反応システムを標的とし、それを実施するための新触媒（高分子金属・有機金
属・有機触媒分子、触媒分子集合体、触媒反応システム）を開発し、超効率有機合成

Developing novel catalytic
systems to create highly
efficient, safe andenvironmentally friendly
chemical reactions

safe, green, simple, easy and fast chemical process to produce a desired compoundwith high efficiency and selectivity. To accomplish this goal, the Green Nanocatalysis
Research Team explores novel catalytic systems operating synergistically. Thus, ourteam targets eagerly awaited yet immature (1) catalytic molecular transformations inwater under heterogeneous conditions, (2) versatile and environmentally benign
catalytic reactions, and (3) instantaneous catalytic molecular transforming systems,
through, in addition to minute structural design of polymeric metal, organometallic
and organic molecular catalysts, driving and controlling synergistic reactions withcooperation of catalysts using either or both reaction media and equipment.

化学を実現する。

研究テーマ

チームリーダー／Team Leader

Research Subjects●

高分子触媒の開発●

Development of polymeric catalysts●

触媒的還元・酸化プロセスの開発●

Development of catalytic reduction/oxidation processes●

連続的フロー反応システムの開発●'HYHORSPHQWRIFRQWLQXRXVÀRZUHDFWLRQV\VWHPV●

不均一触媒のための新規プラットフォームの開発●

Development of novel platforms for heterogeneous catalysis●

水中機能型有機変換反応のための新手法の構築●

Development of new protocols of organic transformations in water

魚住 泰広 薬学博士
Yasuhiro UOZUMI D.Pharm.
研究成果

Research Results●

エステル化、
トランスエステル化に有効な高分子酸触媒を開発した。
この触媒をバッチ反応、
フロー反応に適用するとともに、バイオディーゼル燃料FAMEの合成に応用した。

●

We developed a polymeric acid catalyst for esterification and transesterification.
It was applied not only to batch reactions but also to flow ones. Biodiesel fuelFAME was synthesized by using this method.

●

我々の分子もつれ型高分子銅触媒の構造決定に成功した。
またこの触媒を用いることにより、
アセチレンガスを用いたヒュスゲン付加環化反応を安全に行えることを示した。

●

We succeeded in determination of the structure of our convoluted polymericcopper catalyst. We also exhibited safe Huisgen cycloaddition of gaseous
acetylene by using our polymeric Cu catalyst.

●

ホモキラルホスフィンパラジウム触媒を開発し、その構造を決定した。本触媒を不斉鈴木宮浦反応へ適応し、高い光学純度のビアリール生成物を得ることに成功した。

●

We developed homochiralphosphine palladium catalysts and determined theirstructure. They were applied to the asymmetric Suzuki-Miyaura coupling to givethe corresponding biaryl products with high enantiomeric excess.

主要論文 / Publications
Baek, H., Minakawa, M., Yamada, Y. M. A., Han, J.,
Uozumi, Y.
In-Water and Neat Batch and Continuous-Flow Direct
Esterification and Transesterification by a Porous
Polymeric Acid Catalyst.
Sci. Rep. 6, 25925 (2016)
Yamada, Y. M. A. et al.
Huisgen Cycloaddition with Acetylene Gas by Using
an Amphiphilic Self-Assembled Polymeric Copper
Catalyst
Heterocycles 95, 715-721 (2017)
Uozumi, Y., Matsuura, Y., Suzuka, T., Arakawa, T.,
Yamada, Y. M. A.
Palladium-Catalyzed Asymmetric Suzuki-Miyaura
Cross Coupling with Homochiral Phosphine Ligands
Having Tetrahydro-1H-imidazo[1,5-a]indole
Backbone.
Synthesis 49, 59-68 (2017)2016年度メンバー / FY2016 Members
Team Leader

Technical Staff

Yasuhiro UOZUMI

Rikako ISHIIAya OHNO

Deputy Team Leader

Yoichi M. A. YAMADA
Postdoctoral Researcher

Takuma SATO
Heeyoel BAEK
Ragh Nath DHITALInternational Program
Associate

Franco King-Chi LEUNG
Hao-Wei ZENG

Visiting Researcher

Reuben Hoyt HUDSON

Flow esterification to synthesize biodiesel fuel FAME

76

Huisgen cycloaddition of gaseous acetylene and organic azides by using ourconvoluted copper catalyst77

Biofunctional Catalyst Research Team

生体機能触媒研究チーム

当チームでは、生体機能に着目した触媒材料の開発、ならびに生体そのものを利

生体電子移動を理解し、持続可能な環境エネルギー技術を創出しますチームリーダー／Team Leader

中村 龍平 博士（理学）
Ryuhei NAKAMURA D.Sci.

効率の向上を目指し研究を行っている。

Seeking biological electrontransfer to develop
sustainable energy andenvironmental technology

研究テーマ

Research Subjects

用した新規なエネルギー変換、物質生産システムの構築に取り組んでいる。具体的には、微生物や植物等で利用される触媒反応、電子プロトン輸送、代謝制御、外部環
境適応能、
さらには太陽光が届かない深海底に潜む巨大なエネルギー循環システム
を利用、または模倣した新しい方法論を開拓し、エネルギーや資源の創出、その生産●

光合成PSIIに学ぶ水分解触媒の開発●

深海底に広がる巨大電流生態系の実証●

微生物の細胞外電子移動を利用した電力生産

We work on developing biologically inspired catalysts and their application toenergy conversion and production systems. Specifically, we attempt to exploit
nature’s ingenuities for multielectron catalytic reaction, metabolic regulation by
external redox stimuli, as well as employ robust energy management in the deep sea
environment to develop novel materials and systems necessary to effectively
manage renewable energy sources.

●

Development of water splitting catalysts●

Investigation of giant electro-ecosystems in a deep hydrothermal
environment●

Microbial Electricity generation

主要論文 / Publications
Li, Y., Yamaguchi, A., Yamamoto, M., Takai, K.,
Nakamura, R.
Molybdenum sulfide: a bioinspired electrocatalyst fordissimilatory ammonia synthesis with geoelectricalcurrent.
J. Phys.Chem. C 121, 2154-2164 (2017)
Jin, K. et al.
Mechanistic investigation of water oxidation catalyzed
by uniform, assembled MnO nanoparticles.
J. Am. Chem. Soc. 139, 2277-2285 (2017)

研究成果●

モリブテン硫化物が異化的アンモニア合成触媒として機能することを見出した。

●

10-nm以下のナノ粒子酸化マンガン触媒上で進行する水分解反応の分子論機構の特定に成功した。

●

最高触媒活性を示すイリジウム酸化物上で進行する水分解反応の中間体の検出に成功した。

Research Results●

We found that Mo sulfides function as bio-inspired electrocatalysts fordissimilatory ammonia synthesis.

●

We identified the molecular mechanisms of water splitting catalyzed by sub-10
nm-sized Mn oxide catalysts.

●

We succeeded to detect the legitimate intermediated for water splitting by highly
efficient Ir oxide electrocatalysts.

Ooka, H. et al.
Legitimate intermediates of oxygen evolution on
iridium oxide revealed by in-situ electrochemicalevanescent wave spectroscopy.
Phys. Chem. Chem. Phys. 18, 15199-15204 (2016)2016年度メンバー / FY2016 Members
Team Leader

Ryuhei NAKAMURA
Postdoctoral Researcher

Yamei LI
Nobuaki SHONO
Visiting Researcher

Victor SOJO
Technical Staff

Akio UMEZAWA
Nadege BONNET
Ayaka NAKASHIMAInternational Program Associate

Daoping HE
Student Trainee

Toru HAYASHI
Hideshi OOKA
Tetsuya YAMADA
Shogo MORI
OthersTomomi MINAMI

Dissimilatory ammonia synthesis triggered by geo-electrical current
at the deep vents
78

Molecular mechanism of water oxidation catalyzed by sub-10
nm-sized Mn oxide catalysts
79

Biomass Engineering Research Division

バイオマス工学研究部門

Synthetic Genomics Research Group

合成ゲノミクス研究グループ

バイオマス植物のゲノム発現解析とそれらを利用したバイオマス有用物質の植物等による光合成生産の研究を目指します

種々の生物の遺伝子情報を駆使して、主に植物を用いた新規の代謝経路、合成経路の機能を付与することにより、バイオマスプラスチック、
バイオマスエネルギーに繋がる新規の化学物質を生産することを目的とする。
具体的には、
急速に集積されつつある多種生物のゲノム情報から、これらの目的に適う遺伝子情報を探索し、加工し、合成するために必要な代謝経路を創作し、新しいバイオマス資源の創出を目指す。

研究テーマ
●

C4バイオマス重要植物ソルガムの遺伝子発現解析とバイオマス向上に関わる遺伝子探索の研究●

植物における多重遺伝子発現制御のためのシステム構築の研究●

ケミカルバイオロジーによるバイオマス生産向上に関わる化合物の探索研究●

ラン藻を用いたPHA等の化合物生産の研究

Through analysis of the gene
expression profile of biomass
plants and utilization of theseinformation we produce newmaterials throughphotosynthesis

Our group has been working on development of polycistronic expression system
for new synthetic metabolic pathways in plants and production of bioplastics throughphotosynthesis using plants and cyanobacteria. We are aiming at new chemicals
production through photosynthesis by designing new synthetic pathways in plant andcyanobacteria using genomic information of various organisms.

Research Subjects●

Research on gene expression profile of important C4-biomass plant "Sorghum"
and gene analysis for the improvement of plant biomass●

Research on the establishment of system for the regulation of multiple gene
expression in plants●

Research on exploration of chemicals for plant biomass production increase bychemical biology●

Research on chemical production (PHA) through Cyanobacteria

グループディレクター／Group Director

松井 南 理学博士
Minami MATSUI D.Sci.

Research Results

研究成果●

天然ゴムのドラフトゲノムを決定した。

●

Determination of draft genome sequence of Hevea brasiliensis.

●

ケミカルバイオロジーにより植物細胞壁に易分解性、糖化効率を挙げるケミカルを
同定した。

●

Identification of chemical that enhances degradation and saccharification of plant
cell wall.

●

植物の青色光シグナルを特異的に遮断するケミカルを同定した。

●

Identification of specific chemical that inhibits blue-light signal transduction inplant.

主要論文 / Publications
Lau, NS. et al.
The rubber tree genome shows expansion of genefamily associated with rubber biosynthesis.
Sci. Rep. 6, 28594 (2016)
Okubo-Kurihara, E. et al.
Modification of plant cell wall structure accompanied
by enhancement of saccharification efficiency using achemical, lasalocid sodium.
Sci. Rep. 6, 34602 (2016)
Ong, WD. et al.
Chemical-induced inhibition of blue light-mediatedseedling development caused by disruption of
upstream signal transduction involving cryptochromesin Arabidopsis thaliana.
Plant Cell Physiol. 58, 95-105 (2017)2016年度メンバー / FY2016 Members
Group Director

Minami MATSUI
Research Scientist

Yuko MAKITA
Yukio KURIHARA
Setsuko SHIMADA
Yotaro SAITO
Postdoctoral Researcher

Emiko KURIHARA
Technical Staff

Mika KAWASHIMA
Hiroko TSUCHIDA
Tomoko KURIYAMA

Circos of Hevea brasiliensis genome

80

Shade avoidance response by blue-light81

Biomass Engineering Research Division

バイオマス工学研究部門

Cellulose Production Research Team

セルロース生産研究チーム

植物の生産性に関わる
有用遺伝子を探索し、草本バイオマス増産技術の開発を目指します

草本系のセルロースバイオマスの量的・質的な生産性を向上させた植物の開発を目指す。草本モデル植物を用いて植物の高生産性、環境ストレス耐性などの有用形
質を付与するための遺伝子探索を進める。
また、バイオマス資源用植物への応用研
究を、大学や他の研究機関と連携して推進する。

チームリーダー／Team Leader

持田 恵一 博士（理学）Keiichi MOCHIDA Ph.D.

Our team aims to develop plants with improvements in the quantitative andqualitative productivity of cellulosic biomass. By using model grass, we carry out
gene discovery to improve biomass productivity and environment adaptability inplants. Furthermore, we are promoting applied researches for plants for biomass
resources in collaboration with universities and institutes.

Research Subjects

研究テーマ
●

異質倍数体の高生産性機構の理解と植物バイオマス増産への利用●

草本バイオマスの生産性向上に有用な遺伝子の同定●

Exploring useful genes forplant productivity anddeveloping technology toincrease grass biomass

草本植物における糖代謝システムの合理的改変によるセルロースバイオマスの増産●

Elucidation of molecular mechanisms of higher productivity in allopolyploid and its
application to increase plant biomass production●

Identification of useful genes for improving biomass productivity in grasses●

Enhancement of cellulosic biomass by rational modification of the sugar
metabolism system in grasses

Research Results

研究成果●

ミナトカモジグサ異質倍数体種の高温耐性に関連する祖先ゲノム特異的なトランスクリプトームを明らかにした。

●

We found that homoeolog specific response in transcriptome associated with aheat stress tolerance of Brachypodium hybridum, an allo polyploid grass.

●

ミナトカモジグサにおいて植物ホルモン応答性解析用マーカー遺伝子を特定した。
また紋枯病抵抗性遺伝子の探索に有用な5種の耐病性系統を同定した。

●

We identified marker genes responsive to defense-asscociated phytohormonesand sheath blight disease resistant accessions in Brachypodium distachyon.

●

麦類やサトウキビといった有用草本に関する連携研究を推進した。

●

We promoted applied researches for grass plants for crop and biomass
resources such as barley, wheat and sugarcane in collabolation with universities
and institutes.

主要論文 / Publications
Mochida, K. et al.
Draft genome assembly and annotation of Glycyrrhiza
uralensis, a medicinal legume.
Plant J. 89, 181-194 (2017)
Takahagi, K. et al.
Analysis of single nucleotide polymorphisms basedon RNA sequencing data of diverse bio-geographicalaccessions in barley.
Sci. Rep. 12, 33199 (2016)
Kouzai, Y. et al.
Expression profiling of marker genes responsive tothe defence-associated phytohormones salicylic acid,jasmonic acid and ethylene in Brachypodium
distachyon.
BMC Plant Biol. 16, 59 (2016)2016年度メンバー / FY2016 Members
Team Leader

Keiichi MOCHIDA
Research Scientist

Tadamasa SASAKI
Yoshihiko ONDA
Special Postdoctral Researcher

Yusuke KOUZAITechnical Staff

Yukiko UEHARA
Minami SHIMIZU
Komaki INOUE
Student Trainee

Kotaro TAKAHAGIMotoshi TANAKA
OthersYukiko NISHIZUKA
Yoshiko NAKAGAWA
Kyoko TOYAMA
Fumiko KATO
Risa NAKAYAMA
Toshie KITA

Bd21
(Susceptible)

Bd3-1(Resistant)

Bd3-1 is resistant to sheath blight disease.
82

A sugarcane cultivar (left) and one of the ancesteral species,
6RI¿FLQDUXP (right)
83

Biomass Engineering Research Division

バイオマス工学研究部門

Enzyme Research Team

酵素研究チーム
高分子合成酵素（ポリエステル合成酵素）、高分子分解酵素（プロテアーゼ）、
およ

材料設計に基づいた
機能性高分子の生合成技術を確立し、環境循環型材料としての実用化を目指します

びそれらを含む微生物（光合成細菌）
および植物を用いて、バイオマスから構造材料として利用可能なバイオポリマーを効率良く生産するシステムを開発する。
目的とするバイオポリマーに適した酵素または微生物を合目的に高性能化することにより、高効率かつ合理的にバイオマスを資源化する反応システムの構築を目指す。対象とするバイオポリマーは、バイオプラスチック素材となるポリヒドロキシアルカン酸（PHA）
およびクモ糸のようなポリペプチド／ポリアミドに焦点を絞って研究を遂行

Developing new biopolymers
and applying them asbiomass-based functionaland structural materials

We aim to search for, create and develop new functional enzymes (polymerase
and protease) as well as new microorganisms (phototrophic bacteria) to contain
developed enzymes based on the relationship between structures and functions of
biopolymer synthases. The final goal of our laboratory is to design and develop novel
functional enzymes to produce biopolymers such as poly (hydroxyalkanoate) (PHA)
and polyamide/polypeptide, which can be used as structural materials.

する。

研究テーマ

Research Subjects●

バイオポリマー合成酵素の構造解析・新規バイオポリマーの合成●

3D structures and polymerization mechanisms of biopolymer synthases●

新規バイオポリマーの生産微生物、合成酵素、および分解酵素の探索・開発●

Search and development of microorganisms, polymerases, and depolymerases●

機能性タンパク質に倣った高性能ポリアミド／ポリペプチドの設計・生合成●

Design and biosynthesis of bio-inspired functional peptides●

植物バイオテクノロジーによるバイオポリマー生産●

Biopolymer production via plant biotechnology

チームリーダー／Team Leader

沼田 圭司 博士（工学）Keiji NUMATA Ph.D.

研究成果

Research Results●

クモ糸に類似したポリペプチドを酵素反応と縮合反応を組み合わせることで合成した。

●

Synthesis of spider silk-like polypeptides by chemo-enzymatic and condensation
reactions.

●

動物ミトコンドリアに高効率で外来DNAを導入することに成功した。

●

Successful delivery of DNA into human mitochondria.

●

タンパク質分解酵素の新規耐熱化法を開発し、分解と重合活性を向上させることに成功した。

●

Develop a stabilization method for proteinases to enhance theirhydrolysis/aminolysis activities.

主要論文 / Publications
Tsuchiya, K., Numata, K.
Chemical synthesis of multiblock copolypeptides
inspired by spider dragline silk proteins.
ACS Macro Lett. 6, 103-106 (2017)
Chuah, JA., Matsugami, A., Hayashi, F., Numata, K.
Self-Assembled Peptide-Based System for
Mitochondrial-Targeted Gene Delivery: Functionaland Structural Insights.
Biomacromolecules 17, 3547–3557 (2016)
Yazawa, K., Sugahara, M., Yutani, K., Takehira, M.,
Numata, K.
Derivatization of Proteinase K with Heavy Atoms
Enhances Its Thermal Stability.
ACS Catal. 6, 3036–3046 (2016)2016年度メンバー / FY2016 Members
Team Leader

Visiting Scientist

Keiji NUMATA

Takamasa SAKAI
Yutaka KODAMA
Siddharth PATWARDHAN
Takashi OSANAI
Kazuharu ARAKAWA
Sachiko NITTA
Ryota SATO
Kana ISHIDA

Senior Research Scientist

Kosuke TSUCHIYA
Takeshi YOSHIZUMI
Research Scientist

Ali Andres Defrance MALAY
Mieko HIGUCHI
Postdoctoral Researcher

Jo-Ann CHUAH
Chayatip INSOMPHUN
Kenjiro YAZAWA
Nur Alia OKTAVIANI
Haejoo LEE
Kenta KATAYAMA
Hiromi AOKI
Foong Choon PIN
Thagun CHONPRAKUN
Takuto IMAI
Prashant GUDEANGADI
Joan Gimenez
Kazusato OIKAWA
Md. Monirul ISLAM

Chemical synthesis of silk-like polypeptides
84

International Program
Associate

Noorhidayah MAMAT
Sivashankari RAMAMOORTITechnical Staff

Yoko MOTODA
Yoko HORII
Ayaka TATEISHI
Nao IFUKUOthersKumiko MORISAKIMaai MORI
Hiroe WATANABE

In-vitro efficient gene delivery into human mitochondria

85

Biomass Engineering Research Division

バイオマス工学研究部門

Bioplastic Research Team

バイオプラスチック研究チーム

バイオマス由来だからこそできる
高付加価値な新規プラスチック
素材を創製しますバイオマス資源を原料として次世代型の高性能・高機能なバイオマスプラスチッ

2XU WHDP DLPV WR SURYLGH KLJKSHUIRUPDQFH DQG VSHFLILF IXQFWLRQDO ELRSODVWLF

クの創製を目指した研究を推進している。バイオポリエステルをターゲットとし、本PDWHULDOVDVHQYLURQPHQWDOO\FRQVFLRXVSRO\PHULFPDWHULDOV3DUWLFXODUO\E\SD\LQJ

来の性能・機能ポテンシャルを最大限に発現し、実材料としての利用を可能にする
高度材料化技術の開発に取り組んでいる。
また、
バイオポリエステルに続く新たなバ
イオプラスチック素材の創出を目指し、アミノ酸など有機酸をバイオマスモノマーとした新規ポリマーの合成と高性能・高機能発現を予測できる分子設計法を構築す

Creating new high quality
plastic materials made frombiomass

る。
さらに高性能・高機能なバイオマスポリマーの高効率・精密合成を可能にする新チームリーダー／Team Leader

阿部 英喜 博士（工学）
Hideki ABE Ph.D.

バイオポリエステルの高度材料化技術の開発●

Design of biopolyesters for advanced materials●

高性能・高機能な新規バイオマスポリマーの創製●

6\QWKHVLVDQGPROHFXODUGHVLJQRIQRYHOELRPDVVSRO\PHUV●

バイオマスポリマーの高度合成技術の開発●

1HZDGYDQFHGPHWKRGVIRUELRPDVVSRO\PHUV\QWKHVLV●

リグニン代謝物を利用した高耐熱性樹脂素材の合成に成功した。

●

バイオポリエステルの延性と靱性を同時に向上する高分子添加物の合成に成功した。

●

α,β-置換型オレフィンモノマーからの高分子量生成物の合成技術を開発した。

practical plastic materials. We also employ various biomass substances to create
QRYHOSRO\PHULFPDWHULDOVIROORZHGZLWKELRSRO\HVWHUV:HDFKLHYHGWRFRQVWUXFWD
methodology of molecular design for bioplastics to predict their properties andResearch Subjects

●

研究成果

advanced technology that enables us to bring out their potential and use them as

IXQFWLRQVDQGQHZWHFKQRORJ\IRUHIILFLHQWDQGSUHFLVHELRSODVWLFV\QWKHVLV

たな合成技術を開発する。

研究テーマ

DWWHQWLRQ WR ELRSRO\HVWHUV SURGXFHG E\ PLFURRUJDQLVPV ZH KDYH GHYHORSHG WKH

Research Results●

We succeeded in producing the aromatic polymers with very high heat resistancefrom lignin metabolite.

●

We succeeded in syntheses of polymeric additives to improve both the tearstrength and ductility of biopolyesters.

●

We developed the synthetic technologies of polymers with high molecular weights
IURPĮȕVXEVWLWXWHGROHILQPRQRPHUV

主要論文 / Publications+LURH$HWDO
Uniformity of monomer composition and material
SURSHUWLHVRIPHGLXPFKDLQOHQJWK
polyhydroxyalkanoates biosynthesized from pure andcrude fatty acids.
$&66XV&KHP(QJ 8VKLQPDUX.0L]XQR6+RQ\D$$EH+7VXJH7
5HDOWLPHREVHUYDWLRQRIHQ]\PDWLF
polyhydroxyalkanoate polymerization using
KLJKVSHHGVFDQQLQJDWRPLFIRUFHPLFURVFRS\$&62PHJD 2016年度メンバー / FY2016 Members
Team Leader

Visiting Scientist+LGHNL$%(<RVKLKLUR.,..$:$
1RUL\XNL68=8.,.RML1(0272

Senior Research Scientist

7RPRKLUR+,5$,6+,
Research Scientist<DVXPDVD7$.(1$.$
Postdoctoral Researcher.RLFKLUR7$&+,%$1$
0DVD\RVKL+21'$%R\DQJ*82
Senior Visiting Scientist

7DGDKLVD,:$7$
6HLLFKL7$*8&+,.HQLFKL.$68<$
7DNHKDUX768*(

High heat-resistant aromatic polymers from lignin metabolite
86

Visiting Researcher

0DQDPL+<$.87$.(
Technical Staff

5HLNR.,8&+,0L]XH<8.,0DVD\R6(.,0272
Student Trainee

7DWVX\D*272<XXVXNH(12.,'$

Improvement of tear strength and ductility of biopolyesters by addition
polymeric additive
87

Biomass Engineering Research Division

バイオマス工学研究部門

Cell Factory Research Team

細胞生産研究チーム

バイオマスを化石資源の代替として活用するには、原材料・プロセスコストの削減

バイオプロダクションに最適な細胞の設計と植物原料の評価技術の確立を目指します

が重要である。
当チームでは、植物によるセルロースの生産性・易分解性と、微生物によるバイオマスの分解・合成過程を一体的に最適化する事により、従来の複雑で高コストなプロセスを一体化し、低コストで省エネルギー化された革新的な一貫バ
イオプロセスの開発を目指す。

研究テーマ

チームリーダー／Team Leader

近藤 昭彦 工学博士
Akihiko KONDO Ph.D.

Developing optimal cell
design for bioproductionand evaluating plantbiomass systems

processes, which are typically complicated and costly, into a bio-process that is
innovative, consistent, less costly and energy-saving. This will be achieved by
optimizing, in an integrated manner, a plant's capacity to produce and degrade
cellulose and the process of microorganisms' degrading and synthesizing biomass.

Research Subjects●

微生物セルファクトリー設計法の開発●

Developing methods for designing a microbial cell factory●

有用化合物を生産するセルファクトリーの構築●

Building cell factories for production of valuable chemicals●

NMRを用いた草本バイオマスの評価●

Evaluation of grass biomass by using NMR

研究成果

Cost reduction of raw materials and processes is needed in order to use biomass
as an alternative to fossil resources. Our team aims to integrate conventional

Research Results●

Development of a computer simulation tool of searching a novel metabolic
pathway

マレイン酸を高生産する大腸菌を作成することができた。

●

Construction of Escherichia coli overproducing maleic acid

イソプレンを生合成する人工代謝経路を細胞内で構築することができた。

●

Construction of an artificial metabolic pathway for isoprene synthesis in a cell●

新奇代謝反応を探索するコンピュータシミュレーション技術を確立した。

●●

主要論文 / Publications
Shirai, T., Osanai, T., Kondo, A.
Designing intracellular metabolism for production oftarget compounds by introducing a heterologous
metabolic reaction based on a Synechosystis sp.
6803 genome-scale model.
Microb. Cell Fact. 15, 13 (2016)
Sasaki, K. et al.
Toward the complete utilization of rice straw: Methane
fermentation and lignin recovery by a combinational
process involving mechanical milling, supporting
material and nanofiltration.
Bioresour. Technol. 216, 830-837 (2016)
Ueda, S. et al.
Anionic metabolite biosynthesis enhanced bypotassium under dark, anaerobic conditions incyanobacteria.
Sci. Rep. 6, 32354 (2016)2016年度メンバー / FY2016 Members
Team Leader

Akihiko KONDO
Deputy Team Leader

Tomokazu SHIRAISpecial Postdoctoral Researcher

Shuhei NODA
Yohei TASHIRO
Postdoctoral Researcher

Yutaro MORITechnical Staff

Sachiko OOYAMAYuka NAKAYA
Ryoko ORISHIMO

Artificial metabolic pathway design and construction for bio-isoprene
production
88

Construction of the platform of Escherichia coli for various aromatic-based
compounds
89

Biomass Engineering Research Division

バイオマス工学研究部門

Biomass Research Platform Team

バイオマス研究基盤チーム

Our aim is research and development of resources related to plants,

植物や微生物等の関連リソースやゲノム情報等の基盤整備、
メタボローム解析手法などに関わる研究開発を目的とする。
セルロースバイオマス増産研究のモデル植

植物バイオマスを利用した循環型社会の実現に必要な基盤整備を推進します

物として期待される「ブラキポディウム(和名：ミナトカモジグサ)」
におけるセルロース
生産向上、生長や環境耐性の向上等に関わる遺伝子探索を実施する。
さらに、
セル
ロース分解に関わる酵素遺伝子の探索のためにシロアリ共生微生物群などを対象に、
メタゲノム解析及びシングルセルでのゲノム解析を行う。
また、バイオマス計測のmicroorganisms and so forth, development of bases for genome and other

Developing researchplatforms for plant biomass toestablish a sustainable society

チームリーダー／Team Leader●

バイオマスモデル植物のブラキポディウム（Brachypodium distachyon）
を用いた変
異体や完全長cDNAの収集等のリソース基盤整備●

逆遺伝学および比較ゲノム解析に基づいたバイオマス生産性（収量と環境耐性など）に関わる遺伝子の探索と利用●

バイオマス生産に関わる樹木、草本への応用展開を目指した情報基盤の構築●

メタゲノム解析、
単細胞ゲノム解析により、シロアリ共生菌などから木質分解に関わる重要遺伝 子の探索と微生物リソースの整備●

バイオマス関連の代謝解析のための技術基盤の構築と解析

篠崎 一雄 理学博士
Kazuo SHINOZAKI D.Sci.

gene hunt studies related to enhancing production, growth and environmental
tolerance of cellulose in Brachypodium, a species of plant expected to serve as themodel for studies on increased production of cellulose biomass. In addition, we
perform metagenomics and genomics with the use of single cells in symbiotic
microorganisms of termites for discovery of useful enzymes for cellulose

ためのNMR解析技術の開発を行う。

研究テーマ

information, and metabolome analysis approaches, among others. We undertake

degradation, and NMR technology for biomass evaluation.

Research Subjects●

Development of the resource of mutants and full-length cDNA of Brachypodium
distachyon, a model soft biomass plants●

Exploration and use of genes involved in plant biomass productivity and stress
tolerance using a reverse genetic approach●

Construction of integrated-meta databases to deploy biomass production andincrease yield●

Identification of important and useful genes to contribute to efficient
woody-biomass degradation based on meta-genomics and single-cell genomics
analyses of complex bacterial communities especially in the termite intestine●

Consolidation and analysis of metabolic profiling related to biomass andmetabolism

Research Results

研究成果●

ゲノム編集技術を活用して、
ブラキポディウムで目的遺伝子の破壊株を単離することに成功した。

●

新規分解遺伝子の探索のために、
シロアリ腸内のセルロース分解性原生生物の細胞内共生細菌種の複数のゲノム解読に成功して、比較解析した。

●

アフリカ荒漠土壌の微生物叢代謝や物性改善の一手法として半炭化バイオマス添加を提案した。

●

We succeeded the generation of knockout mutants of Brachypodium withCRISPR/Cas9 genome editing methods.

●

We successfully determined and comparatively analyzed genomes of anendosymbiont species of termite-gut cellulolytic protists for exploring novel
degradation genes.

●

We proposed african soil improvement method in terms of microbial metabolism
and physicochemical properties by incorporation of torrefied biomass.

主要論文 / Publications
Takahagi, K. et al.
Analysis of single nucleotide polymorphisms basedon RNA sequencing data of diverse bio-geographicalaccessions in barley.
Sci. Rep. 6, 33199 (2016)
Izawa, K. et al.
Comparison of intracellular “Ca. Endomicrobium
trichonymphae” genomovars illuminates therequirement and decay of defense systems against
foreign DNA.
Genome Biol. Evol. 8, 3099-3107 (2016)
Ogura, T. et al.
Improvement of physical, chemical, and biologicalproperties of aridisol from Botswana by incorporation of
torrefied biomass.
Sci. Rep. 6, 28011 (2016)2016年度メンバー / FY2016 Members
Team Leader

Kazuo SHINOZAKI
Senior Research Scientist

Tomoko ABE
Moriya OHKUMA
Masatomo KOBAYASHI
Shigeharu MORIYA
Jun KIKUCHI

Yokohama

Research Scientist

Fuminori TAKAHASHI
Masato OTAGIRI
Xiang YU
Masahiro YUKI
Technical Staff

Hiroko KOBAYASHI
Student Trainee

Arisa TSUBOI

Tsukuba

Synteny analysis of two genomovars of anendosymbiont species of termite-gut cellulolytic protists
reveals decay of a defense system against foreign DNA
90

Torrefied biomass was effective as a soil improvement,
increasing water retention and structural stability, enhancing
plant growth, and controlling soil metabolites and microbiota.
91

Drug Discovery Platforms Cooperation Division

創薬・医療技術基盤連携部門

Chemical Bank Unit for Drug Discovery Platform

創薬ケミカルバンク基盤ユニット

適正な化合物管理と提供を通して、創薬研究を支えます

当ユニットは、理研・創薬・医療技術基盤プログラムにおける化合物探索、構造最This unit takes the role of chemical bank in the RIKEN program for Drug Discovery

適化の過程で合成あるいは購入された創薬シード化合物を適正な環境下で保管管and Medical Technology Platforms (DMP); we store compounds synthesized or

物管理データベースの構築を進めている。

Proper management andprovision of chemicalcompounds to support
research for drug discovery
and development

研究テーマ

Research Subjects

理し、それらの化合物をライブラリー化し、生物活性評価、毒性・安全性評価などの目的に応じて提供するケミカルバンク機能を担っている。化合物リソース開発研究ユニットと連携し、創薬のためにスクリーニング用化合物ライブラリーを整備して、創薬シード化合物探索基盤ユニットをはじめとする創薬研究者に提供する。
また、
ヒット化合物をライブラリーの中から迅速に選抜し、効率良く提供するための化合

purchased in the process of exploration and structure optimization of drugs andsupply them for the purpose of validation of biological activity, toxicity or safety. In
cooperation with the Chemical Resource Development Research Unit, we also
construct and provide a chemical library for drug-discovery screening to the Seed
Compounds Exploratory Unit for Drug Discovery Platform and other researchers. We
have constructed the database for management of chemical library to provide
compounds efficiently.

2016年度メンバー / FY2016 Members
Unit Leader●

創薬用化合物ライブラリーの受託と保管●

Storage of chemical libraries for drug-discovery●

創薬スクリーニング用化合物ライブラリーの配布●

Provision of chemical libraries for HTS to explore drug seeds●

化合物管理データベースの構築●

Construction of database for management of chemical library

Hiroyuki OSADA
Deputy Unit Leader

Yasumitsu KONDOH
Senior Research Scientist

Takeshi SHIMIZU
Technical Staff

基盤ユニットリーダー／Unit Leader

長田 裕之 農学博士
Hiroyuki OSADA D.Agr.

研究成果●

スクリーニングのヒット化合物を、再評価のために提供を行った。

●

ヒット化合物の類縁体の購入、受託を行い、溶液化して提供した。

●

創薬研究用化合物9,280種のHTS用のライブラリー化を完了した。

Achievement of chemical library provision

92

Research Results●

We provided hit compounds for re-evaluation of biological activities.

●

We purchased lead candidates possessing similar structure to hit compounds
and provided their solutions.

●

We completed preparation of chemical library of 9,280 DMP compounds for HTS.

Hiroyuki HIRANO
Yuta IWAI

Chemical storages under a condition of low humidity

93

Drug Discovery Platforms Cooperation Division

創薬・医療技術基盤連携部門

創薬シード化合物探索基盤ユニット

Seed Compounds Exploratory Unit for Drug Discovery Platform

新薬創製を目的とする
HTSによるシード/リード化合物を探索しますDiscovering seed and leadcompounds by HTS todevelop new drugs

創薬シード化合物探索基盤ユニットは、創薬標的として期待される分子に作用す
る新しい生理活性化合物を化合物ライブラリーから大規模に探索することによって、創薬シードの同定を目指す。

研究テーマ

The seed compounds exploratory unit for drug discovery aims to identify seed
compounds for drug development, which are active on drug target molecules,
through HTS of large compound libraries.

Research Subjects●

High throughput screening (HTS) using in vitro and cell-based
assay systems

細胞イメージングに基づくハイコンテントスクリーニング●

High content screening based on cell imaging

ヒト遺伝子発現による酵母の表現型変化を回復させる化合物の高速スクリーニング●

HTS for compounds that recover yeast phenotypes induced byexpression of human genes●

インビトロおよび細胞系アッセイによる高速スクリーニング
（HTS）

●

●

2016年度メンバー / FY2016 Members
Unit Leader

Minoru YOSHIDA
Deputy Unit Leader

Tetsuo ONUKI
Senior Research Scientist

Ken MATSUMOTO
Kenji OGAWA
Ryogo HIRATA
Research Scientist

基盤ユニットリーダー／Unit Leader

吉田 稔 農学博士
Minoru YOSHIDA D.Agr.

研究成果

Research Results

理研 創薬･医療技術基盤プログラム、
国立研究開発法人日本医療研究開発機構「次世代がん医療創生研究事業」
および共同研究において、合計4テーマのHTS用のアッセイ法を構築した。

●●

理研 創薬･医療技術基盤プログラム、
国立研究開発法人日本医療研究開発機構「次世代がん医療創生研究事業」
および共同研究において、合計8テーマのHTSを実施した。
HTSを完了した4テーマのそれぞれにおいて、ターゲット分子に作用する可能性があるヒット化合物を多数同定した。

We developed assay methods for HTS of compounds active on a total of 4 target
molecules in the RIKEN program for Drug Discovery and Medical Technology
Platforms (DMP), the Japan Agency for Medical Research and Development(AMED) Project for Cancer Research and Therapeutic Evolution (P-CREATE),
and collaborative studies.

●●

We conducted HTS campaigns for the compounds active on a total of 8 target
molecules in the RIKEN DMP, the AMED P-CREATE, and collaborative studies.
Among them, we completed HTS of 4 targets, and identified hit compounds thatmight have direct activities on each of the targets.

Koushiki MINO
Norio KUDO
Technical Staff

Iku KUWAHARA
Mari AGAWA
Seiji MATSUOKA
Yui KASHIMA
Michiru IWASHITA
Mayumi ARATA
Haruna NISHIMURA
Takeshi SONODA
Yui MAZAKI
Akiko NAKATAHTS themes carried out in FY 2016, categorized by assay methods

94

95

Technology Platform Division

技術基盤部門

Molecular Structure Characterization Unit

分子構造解析ユニット

We develop new methods and technologies of NMR and MS analyses for

当ユニットでは、構造決定に必要な核磁気共鳴(NMR)や質量分析(MS)に関する

structural elucidation and characterization of novel organic compounds that are

新しい手法と技術開発を行い、ケミカルバイオロジー、
メタボロミクス研究、あるい

機器分析による化学物質の構造解析に必要な基盤整備と技術開発を行いますは様々な有機合成化学の研究などで発見あるいは創製される新規化合物の同定、構造解析へ応用する。有機化合物の構造解析において重要なNMR、MSおよび円
二色性分散(CD)などの分析装置を共同利用機器として維持管理・運営を行い、オー
プンアクセス装置の利用講習、依頼測定、依頼解析、技術指導など様々な研究支援を全理研に対して行っている。
さらに機器分析に有機合成化学的手法を交えて、有Developing technologies
and platforms for structure
characterization by NMR
and MS analyses

機化合物の同定、構造決定に必要な方法論を開発しその技術を高め、構造解析に●

核磁気共鳴および質量分析に関する新しい手法と技術開発●

機器分析と有機合成化学による有機化合物の同定と構造決定●

核磁気共鳴および質量分析による研究支援と共同研究●

有機合成化学を活用したNMR,CDなどの分光学的手法による新しい立体化学の決定法の開発と応用

biology, metabolomics research, and several organic synthetic studies. We provide
diverse research support activity for characterization of organic molecules throughmaintenance and operation of MS, NMR, and CD facilities for all RIKEN researchers.
Our research supporting activities include training on open access machines,
technical assistance, data acquisition, and spectral data analysis and interpretation.
We collaborate with many research groups, and continue to improve our capability
and methodology for organic molecular characterization and structural determination

関する様々な応用研究を所内外の共同研究として遂行している。

研究テーマ

found or synthesized in chemistry and related scientific fields such as chemicalby spectroscopic analysis together with organic synthesis.

Research Subjects●

Development of new methods and technologies for NMR and MS
analyses●

Organic molecular characterization and structural determination by
spectroscopic analysis and organic synthesis●

Research supporting activity and collaborative research with NMR
and mass spectrometry●

Development and application of new methodologies for determinationof stereochemistry by NMR, CD, and other spectroscopic methods
assisted by organic synthesis

ユニットリーダー／Unit Leader

越野 広雪 農学博士
Hiroyuki KOSHINO D.Agr.

研究成果
2つの5員
● 抗腫瘍活性物質アロミンの化学構造式は提出構造式の全合成により、環エーテルではなく5員環と6員環のエーテルで構成されたモンタナシンDと同一であることを明らかにした。
●●

高度不飽和脂肪酸の迅速一斉分析におけるフィールドイオン化 GC/MS 法の有用性を実証した。
Coralmycin類など幾つかの生物活性を有する新規天然有機化合物の構造を明らかにした。

Research Results●

The structure of an antitumor acetogenin with a bis-THF ring system, aromin, wasrevised to be a THP acetogenin, montanacin D by total synthesis of the proposed
structure for aromin.

●

We've shown utility of filed-ionization GC/MS for analysis of poly-unsaturated fatty
acid.

●

We determined the structures of several biologically active new natural products
including coralmycins.

主要論文 / Publications
Takahashi, S. et al.
Total synthesis of the proposed structure for aromin
and its structural revision.
J. Org. Chem. 81, 11222-11234 (2016)
Furuhashi, T. et al.
Biodisel and poly-unsaturated fatty acids production
from algae and crop plants – a rapid andcomprehensive workflow for lipid analysis.
Biotechnol. J. 11, 1262-1267 (2016)
Kim, Y. J. et al.
Isolation of coralmycins A and B, potent anti-Gramnegative compounds from the myxobacteria
Corallococcus coralloides M23.
J. Nat. Prod. 79, 2223-2228 (2016)2016年度メンバー / FY2016 Members
Unit Leader

Hiroyuki KOSHINO
Senior Research Scientist

Shun-ya TAKAHASHI
Takemichi NAKAMURA
Senior Technical Scientist

Takashi NAKAMURA

Structural revision of aromin to montanacin D by total synthesis

96

Molecular mass measurement facilitated by field ionization (FI) GC/MS

97

Technology Platform Division

技術基盤部門

Biomolecular Characterization Unit

生命分子解析ユニット

当ユニットは、生命現象の解明に向け、生体成分構造解析法の開発や構造解析の応用研究を行っている。生体成分の中でも特にタンパク質は生命現象の源であり、タンパク質の構造を調べて、生命現象の謎にせまります

さまざまな生物活性がある。
そのタンパク質の構造を詳細に調べることで、活性と遺伝子との対応、生物学的活性のメカニズムや活性の制御機構を解明する。
また、装置ならびに設備の設置や管理、解析方法に関する情報の整備をすることで研究支援を行っている。

研究テーマ

ユニットリーダー／Unit Leader

堂前 直 博士（学術）Naoshi DOHMAE Ph.D.

To resolve the mystery of
biological phenomena,
we examine the protein
structure

Our unit provides high quality structural characterization methods to the field of
biological science, aiming to further understand the mechanism and action of
biological molecules. We manage specialized and technical instruments including
protein chemical analyses, mass spectrometry. Our challenge to research, develop
and fine-tune novel characterization methods for biological molecules, is an endlessyet rewarding process.

Research Subjects●

Development and application of analytical methods for structuraldetails on biological molecules●

生体分子の翻訳後修飾を含めた詳細な構造解析●

生体分子の定量的解析法の開発●

Development of quantitative analysis of biomolecules●

RNAの質量分析●

Identification and characterization of RNA by mass spectrometry

研究成果●

アミノ酸排出輸送タンパク質YddGの立体構造を明らかにし、
アミノ酸組成分析の結果から、その動的構造変化がアミノ酸輸送を引き起こすことを明らかにした。

●

進化の過程において、胎生動物の出現に関与するとみられる新規のエピジェネ
ティック修飾として、
ヒストンH2Aの40番目のセリンのO-GlcNAc化を発見した。

●

転写制御に重要なヒストンH3の9番目のリジン(H3K9)の修飾を含むヒストンＮ末端の簡便な分析方法を開発し、マウス精巣のH3K9においてトリメチル化が特異的に増加していることを明らかにした。

Research Results●

We determined the crystal structure of amino acid transport protein YddG, andrevealed from the results of amino acid composition analysis that its dynamic
structural changes cause amino acid transport.

●

We identified the O-GlcNAcylation at the Serine 40 of histone H2A as a novel
epigenetic modification correlated with the emergence of embryonic animals in
the evolution process.

●We developed the rapid, simple and comprehensive analytical method for
N-termini of histone including lysine 9 of histone H3 (H3K9) modifications which isimportant for gene transcription, revealed that the trimethylation of H3K9 is
specifically increased in mouse testis.

主要論文 / Publications
Tsuchiya, H. et al.
Structural basis for amino acid export by DMT
superfamily transporter YddG.
Nature 534, 417–20 (2016)
Hirosawa, M. et al.
Novel O-GlcNAcylation on Ser(40) of canonical H2A
isoforms specific to viviparity.
Sci. Rep. 6, 31785 (2016)
Kwak, HG., Dohmae, N.
Characterization of post-translational modifications on
lysine 9 of histone H3 variants in mouse testis using
matrix-assisted laser desorption/ionization-in source
decay.
Rapid Commun. Mass Spectrom. 30, 2529–2536(2016)

2016年度メンバー / FY2016 Members
Unit Leader

Naoshi DOHMAE
Senior Research Scientist

Hiroshi NAKAYAMA
Senior Technical Scientist

Takehiro SUZUKI
Kowashi WATANABE
Postdoctoral Researcher

Ho-Geun KWAKTechnical Staff

Masami KOIKE

Structural analysis based on crystal structure and amino acid composition
analysis revealed the mechanism of amino acid transport by YddG.
(Tsuchiya, H. et al. 2016 Nature)98

Our analytical method based on matrix-assisted laser desorption/ionization insource decay enabled us to sequence histone H3 N-termini including H3K9
modifications. (Kwak, HG., Dohmae, N. 2016 Rapid Commun. Mass Spectrom.)99Technology Platform Division

技術基盤部門Mass Spectrometry and Microscopy Unit

質量分析・顕微鏡解析ユニット

植物科学研究のための質量分析および顕微鏡解析の技術基盤を提供します

ユニットリーダー／Unit Leader

斉藤 和季 薬学博士
Kazuki SAITO Ph.D.

と実際分析を担当している。

Providing mass spectrometricand microscopic platforms
for plant science

研究テーマ

Research Subjects

質量分析と顕微鏡解析は環境資源科学研究のコアである植物科学の基盤解析技術である。
当ユニットでは、植物メタボロームおよびホルモノームの解析のための質量分析ならびに植物細胞の微細構造解析のための顕微鏡解析の技術基盤開発●

質量分析計による植物メタボローム解析●

Plant metabolomic analyses by mass spectrometry●

質量分析計による植物ホルモン解析●

Plant hormone analyses by mass spectrometry●

植物組織および細胞の顕微鏡解析●

Microscopic analyses of plant tissues and cells

研究成果

Mass spectrometric and microscopic analyses are fundamental analyticaltechnology in plant science and sustainable resource science. Our unit develops andexecutes the analyses based on mass spectrometry for the study of plant
metabolome and hormonome and on microscopy for the ultrastructural observationof the plant cells.

Research Results●

超高分解能LC-FTICR-MSによってニンニクの含硫黄代謝産物の網羅的プロファ
イリングに成功した。

●

Comprehensive profiling of sulfur-containing metabolites in garlic by ultra-highresolution LC-FTICR-MS●

ポプラの植物ホルモン分布の高精度解析により、形成層細胞の分裂制御におけるサイトカイニンとオーキシンの役割を明らかにした。

●

Identification of cytokinin-auxin interaction in regulation of cambial cell division in
popular●

GFP蛍光標識した細胞小器官を高分解能走査電子顕微鏡で捉える光-電子相関顕微鏡法を開発し、メーカーと製品”MirrorCLEM”を上市した。

●

Development and launched a product “MirrorCLEM” of correlative light andelectron microscopy for GFP-labeled organelles using FE-SEM

主要論文 / Publications
Nakabayashi, R. et al.
Chemical assignment of structural isomers of
sulfur-containing metabolites in garlic by liquid
chromatography-Fourier transform ion cyclotron
resonance-mass spectrometry.
J. Nutr. 146, 397S-402S (2016)
Immanen, J. et al.
Cytokinin and auxin display distinct but
interconnected distribution and signaling profiles tostimulate cambial activity.
Curr. Biol. 26, 1990-1997 (2016)
Takahashi, T. et al.
Delineation of six species of the primitive algal genus
Glaucocystis based on in situ ultrastructuralcharacteristics.
Sci. Rep. 6, 29209 (2016)2016年度メンバー / FY2016 Members
Unit Leader

Kazuki SAITO
Deputy Unit Leader

Hitoshi SAKAKIBARA
Masami HIRAI
Senior Research Scientist

Kiminori TOYOOKA
Special Postdoctoral Researcher

Yuki HAMAMURA
Technical Scientist

Mikiko KOJIMAMayuko SATO
Technical Staff

Makoto KOBAYASHI
Tetsuya MORI
Muneo SATO
Ryosuke SASAKI
Mayumi WAKAZAKI
Yumiko TAKEBAYASHIKei HASHIMOTO

Sulfur omics on the Allium plants

100

Overview of the MirrorCLEM System

101

International Collaborations

国際連携

Domestic Collaborations

国内連携

研究協力協定 / Research Collaboration Agreements

研究協力協定 / Research Collaboration Agreements① Max Planck Institute of Molecular Plant Physiology, Germany

1

慶應義塾大学

Keio University② Leibniz Institute of Plant Biochemistry, Germany

2③ International Center for Tropical Agriculture, ColumbiaD

神戸大学大学院工学研究科

Graduate School of Engineering, Kobe University④ John Innes Centre and the Sainsbury Laboratory, UK

3

筑波大学

University of Tsukuba⑤ Umeå Plant Science Center, Sweden

4⑥ KTH Royal Institute of Technology, Sweden

名古屋大学 トランスフォーマティブ生命分子研究所

Institute of Transformative Bio-Molecules, Nagoya University⑦ University of California at San Diego, USA

5

横浜市立大学

木原生物学研究所

1

Kihara Institute for Biological Research, Yokohama City University⑧ Agricultural Genetics Institute, Viet Nam
6⑨ National Taiwan Normal University, Taiwan

国立研究開発法人

F

森林総合研究所

Forestry and Forest Products Research Institute2⑩ University of Toronto, CanadaB⑪ Universiti Sains Malaysia, Malaysia

3 6 J
K L M

E

G
A

5 I N
H

4 C

主な共同研究 / Principal Joint Research Agreements
⑤
⑥
④

I
G

A

岡山大学

H

奈良先端科学技術大学院大学

I

国立研究開発法人

Okayama University

②①
D

A
E

F
C ⑧

⑪

⑦

B

⑩

Nara Institute of Science and Technology

東京大学

The University of TokyoC

H

名古屋大学大学院生命農学研究科

J

Graduate School of Bioagricultural Sciences, Nagoya University

⑨

D

北海道大学

③

E

K

東京工業大学

F

京都大学

L

九州大学

Kyushu University

連携大学院
主な共同研究 / Principal Joint Research Agreements
A

Iowa State University, USA

BInternational Rice Research Institute, Philippines

C

国立研究開発法人

産業技術総合研究所

国立研究開発法人

農業生物資源研究所

National Institute of Agrobiological Sciences
M

Kyoto University
G

国際農林水産業研究センター

National Institute of Advanced Industrial Science and Technology

Tokyo Institute of Technology

J

国立研究開発法人

Japan International Research Center for Agricultural Sciences

Hokkaido University
B

海洋研究開発機構

Japan Agency for Marine-Earth Science and Technology

国立研究開発法人

農業・食品産業技術総合研究機構

National Agriculture and Food Research Organization
N

国立研究開発法人

水産研究・教育機構

Japan Fisheries Research and Education Agency

Cooperative Graduate Schools

1 ) 横浜市立大学大学院生命医科学研究科／
Graduate School of Medical Life Science / Graduate School of Nanobioscience
生命ナノシステム科学研究科（木原生物学研究所） (Kihara Institute for Biological Research), Yokohama City University2 ) 名古屋大学大学院生命農学研究科

Graduate School of Bioagricultural Sciences, Nagoya University

Mahidol University, Thailand

3 ) 東京大学大学院
農学生命科学研究科／理学系研究科

Graduate School of Agricultural and Life Sciences / Graduate School of Science,
The University of Tokyo

D

Chinese Academy of Sciences, China4 ) 埼玉大学大学院理工学研究科

Graduate School of Science and Engineering, Saitama University

E

University of California, Davis, USA

5 ) 京都大学大学院理学研究科

Graduate School of Science, Kyoto University

F

Nanjing Forestry University, China

6 ) 東京工業大学物質理工学院

School of Materials and Chemical Technology, Tokyo Institute of Technology

G

CNRS-Université de Rennes 1, France

7 ) 立教大学大学院理学研究科

Graduate School of Science, Rikkyo University

H

Emory University, USA

Graduate School of Engineering, Tokyo Denki University

I

University of Cambridge, UK8 ) 東京電機大学大学院工学研究科
9 ) 東京医科歯科大学大学院医歯学総合研究科

Medical Research Institute, Tokyo Medical and Dental University

10 ) 首都大学東京大学院理工学研究科

Graduate School of Science and Engineering, Tokyo Metropolitan University

J

102

Amazonas State University, Brazil

103

Industrial Collaborations

産業連携

植物科学最先端研究拠点ネットワーク Japan Advanced Plant Science Research Network

当センターでは下記連携をはじめ、これまでに培った知見や技術の実用化を目指し、46社の企業と共同研究を実施しています。

植物科学最先端研究拠点ネットワークは、独自に技術基盤及びノウハウを構築して世界トップレベルの成果を輩出してきた９つの研究拠点が所

CSRS conducts collaborative research with 46 companies with the aim of practical application of our knowledge and technologies.

有する最先端計測・形質評価プラットフォームを集結、集中整備することにより、研究者がアクセスしやすい研究環境を組織的に提供する目的で設立されました。国内外の植物科学研究者は最先端の計測機器、植物育成システム及びそのノウハウを利用することができるため、各研究拠点との共同研究などにより高度な研究を行うことが可能となりました。 また、
本ネットワークは普段交流する機会が少ない異分野の研究者間、研

横浜ゴム（株）/ 日本ゼオン（株）

日本たばこ産業（株）

究室間に繋がりをもたらし、9拠点を軸として植物研究コミュニティ全体が活性化されることが期待されます。
なお、本ネットワークは文部科学

合成ゴムの材料イソプレンの生物による効率的な生産

作物改良に役立つ遺伝子研究を活用した穀物生産等への貢献

省「最先端研究基盤事業」の予算で整備された機器を利用して各機関で運営されています。本ネットワークの強化や活発な共同研究は、持続的食糧生産、効率的な二酸化炭素の固定化・資源化やバイオマス増産など、循環型社会に貢献し、グリーンイノベーションに資する植物科学研究を推進していきます。
（本事業は2016年度をもって終了しました。
今後は個別に研究支援を行っていきます。 参考：post-psr-net.riken.jp）
The project started in FY2010, supported by the Ministry of Education, Culture, Sports, Science and Technology (MEXT). It is intended
to enable plant science researchers to access leading-edge experimental instruments, facilities and technical supports. This network
consists of 9 top-level research institutes in Japan and is aiming to contribute to sustainable and low carbon society.
(This project has been closed in FY2016. From FY2017 each organization provides their technical supports individually.)© Japan Tobacco Inc.

The Yokohama Rubber Co., Ltd.
Zeon Corporation

Japan Tobacco Inc.

Efficient production of isoprene, a synthetic rubber material,by organism

Utilization of genetic research related to crop improvement
towards grain production

東北大学
名古屋大学

Tohoku University

Nagoya University

京都大学
Kyoto University

奈良先端科学技術
大学院大学

理研所内連携RIKEN Internal collaborations

Nara Institute of
Science and Technology

当センターでは、研究者の“個人知”を組織の総合力で融合し、“社会知”につなげる取り組みとして、理研の各センターとの分野横断型研究を行っています。
また、理研が保有する最先端研究基盤を活用し、新たな研究成果の創出に取り組んでいます。

筑波大学
University of Tsukuba

CSRS carries out interdisciplinary field research with several centers in RIKEN as activity of the wisdom of individual researchers to be
combined with the comprehensive power of an organization and expand into social wisdom. Also we use the leading-edge research facilities of
東京大学

RIKEN for creation of new research results.

The University of Tokyo

最先端研究基盤の活用
Leading-edge research facilities
創発物性科学研究センター
Center for Emergent Matter Science

理化学研究所
環境資源科学研究センター

岡山大学
Okayama University
仁科加速器研究センター
Nishina Center for Accelerator-Based Science

光量子工学研究領域
Center for Advanced Photonics

RIKEN CSRS

NMR

基礎生物学研究所
National Institute for
Basic Biology
放射光科学総合研究センター
SPring-8 Center

生命システム研究センター
Quantitative Biology Center
SPringｰ8

ライフサイエンス技術基盤研究センター
Center for Life Science Technologies

脳科学総合研究センター
Brain Science Institute
SRC

バイオリソースセンター
BioResource Center

統合生命医科学研究センター
Center for Integrative Medical Sciences

K computer104

お問い合わせ：植物科学最先端研究拠点ネットワーク事務局(理化学研究所 環境資源科学研究センター)〒230-0045 神奈川県横浜市鶴見区末広町1-7-22
E-mail: psr-net.psc@riken.jp
Contact:
Secretariat of Japan Advanced Plant Science Research Network(RIKEN Center for Sustainable Resource Science)
1-7-22 Suehiro-cho, Tsurumi-ku, Yokohama, Kanagawa, 230-0045, Japan
E-mail: psr-net.psc@riken.jp

www.psr-net.riken.jp105