トリプトファン生合成系における一次。二次代謝の制御と利用をめざして

摘要

除草剤耐性作物や害虫耐性作物の開発により，遺伝子組換え技術は生物学研究上の重要性にとどまらず産業上からも無視できない技術となっている．今後，多様な生物機能の改良がこの技術を用いて行われていくことが予想されるが，植物代謝系の改変はその大きな目標の一つである．動物の生存に必要なエネルギー生産の多くは植物の光合成産物と代謝産物に依存しているが，遺伝子組換え技術のターゲットとして研究が進められている代謝系は，でんぷんなど糖質の代謝，窒素化合物の代謝など動物の栄養源に関わるものと，ガン抑制物質や病虫害防御物質，香料，染料などの植物由来有用物質の生産に関わるものに大別される．トリプトファンは必須アミノ酸の一種であることから，重要な栄養源としてその含量の向上が望まれるが，同時に，トリプトファンの生合成系は芳香族化合物を合成する唯一の経路，シキミ酸経路につらなることから，独自の生理機能をもつ物質を生産する．例えば，本合成系の中間産物であるアントラニル酸やインドールから多くの二次代謝化合物が合成され，植物ホルモンのIAA，エンバクのアベナシン，トウモロコシのDIMBOA，DIBOA，シロイヌナズナのカマレキシンなどの病害虫防御物質がよく知られている．また，トリプトファンは，動物の体内で神経系調節や睡眠調節に重要な生理活性物質であるセロトニンやメラトニンに変換される．このように，必須アミノ酸として，また，植物，動物にとって重要な生理活性をもつ芳香族化合物生産の場として，トリプトファンとその合成経路は位置づけられる（図1）．