褐色腐朽過程においてリグニンの構造変化が果たす生理的役割に関する研究

木质素结构变化在褐腐病过程中的生理作用研究

基本信息

批准号：
20J15176
负责人：
近藤里沙子
金额：
$ 1.09万
依托单位：
Tokyo University of Agriculture and Technology
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for JSPS Fellows
财政年份：
2020
资助国家：
日本
起止时间：
2020-04-24 至 2022-03-31
项目状态：
已结题

项目摘要

褐色腐朽菌は、その多くが針葉樹に対して高い腐朽能を有すると考えられているため、木造住宅の構造材として主に針葉樹材を利用している我が国において、最も注意すべき生物種である。したがって、褐色腐朽菌による木材分解機構を理解することは重要な課題である。褐色腐朽菌は、木材細胞壁中のリグニンを完全に低分子化することなくヘミセルロースおよびセルロースを完全に分解する。本菌は、リグニンに如何なる作用も示さないわけではなく、メトキシ基の脱離や側鎖α位の酸化、β-O-4結合の開裂などの構造変化を引き起こすことが報告されている。また、比較ゲノム解析により、一部の例外を除き、多くの褐色腐朽菌が、ゲノム上でリグニン分解に関与するクラスIIヘムペルオキシダーゼを欠損しているのみならず、結晶性セルロース分解を担うセロビオヒドロラーゼについても欠損していることが明らかとなった。これらのことから、現在、褐色腐朽機構における非酵素的な錯体介在フェントン（CMF）反応の関与が広く受け入れられている。一般的なフェントン反応は、二価鉄イオンと過酸化水素からヒドロキシルラジカルを生じる反応であり、褐色腐朽では、シュウ酸と鉄還元性の化合物がこの反応系に関与すると考えられている。CMF反応に重要な物質のうち、鉄イオンは木材中に存在する三価鉄を、過酸化水素とシュウ酸は菌が生産するものを利用するとされているが、鉄還元性の化合物については、様々なものが提案されてきた。その候補として、菌が生産するカテコール類やキノン類、リグニン由来の化合物に加えて高分子体のリグニンも鉄還元能を有することが報告された。このことから、褐色腐朽菌が木材主要成分を改質し、鉄還元剤として利用している可能性がうかがえる。そこで本年度は、種々の木材腐朽菌で腐朽させた木材の鉄還元能を、反応液のpHや試料の粒度が異なる6つの試験区で調査した。

由于许多棕色腐烂的真菌被认为对针叶树具有很高的腐烂能力，因此它们是日本最重要的物种，在日本，针叶树主要用作木制房屋的结构材料。因此，了解棕色腐烂真菌的木材分解机制是一个重要问题。棕色腐烂真菌完全降解半纤维素和纤维素，而没有完全最大程度地减少木质细胞壁中的木质素。该细菌对木质素没有任何影响，据报道会引起结构变化，例如消除甲氧基团，侧链α位置的氧化以及β-O-4键的裂解。比较基因组分析还表明，除某些例外，许多棕色腐烂细菌不仅缺少参与基因组木质素降解的II类血红素过氧化物酶，而且还缺乏负责结晶纤维素降解的核植物学酶。由于这些原因，目前广泛接受了棕色腐烂机理中非酶复合介导的芬顿（CMF）反应的参与。常见的芬顿反应是一种反应，该反应从二价铁离子和过氧化氢产生羟基自由基，在棕色腐烂中，草酸和再还原化合物被认为与该反应系统有关。在CMF反应中的重要物质中，据说铁离子在木材中使用三价铁，并且细菌产生的过氧化氢和草酸氢已经提出了各种降铁化合物。据报道，除了由细菌产生的儿茶素，奎因酮和木质素衍生出的化合物外，聚合物木质素还具有还原能力。这表明棕色腐烂真菌可能会改变木材的主要成分，并将其用作减铁剂。因此，今年，我们研究了各种木材衰变真菌在六个测试区域中具有不同pH的pH值和样品粒径不同的木材腐烂能力。