JP2902405B2 - Process for producing biologically active oligogalacturonide - Google Patents

Process for producing biologically active oligogalacturonide

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JP2902405B2 JP63248487A JP24848788A JP2902405B2 JP 2902405 B2 JP2902405 B2 JP 2902405B2 JP 63248487 A JP63248487 A JP 63248487A JP 24848788 A JP24848788 A JP 24848788A JP 2902405 B2 JP2902405 B2 JP 2902405B2
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Description

【発明の詳細な説明】 (イ) 産業上の利用分野 本発明は、植物の微生物感染に対する防御機構を増強
し、農作物を安全かつ効率的に栽培することを可能とす
る物質であるオリゴガラクツロニド(Oligogalacturoni
de)を、高純度かつ高収率で製造する方法を提供するも
のである。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION (a) Industrial application field The present invention is an oligogalacturo which is a substance which enhances the defense mechanism against microbial infection of plants and enables cultivation of crops safely and efficiently. Nido (Oligogalacturoni
de) is provided with high purity and high yield.

(ロ) 従来の技術とその課題 本来、植物には様々な感染防御機能が備わっており、
多くの微生物感染に抵抗力を持つことが知られている
が、それらは決して完全なものとは云えず、高収量,高
品質をめざす現在の作物栽培においては、微生物感染を
防ぐための大量の農薬散布が必要とされている。例え
ば、種蒔時に種子に薬剤を施して健全に発芽を促し、生
長期,結実期にさらに薬剤を散布して微生物感染からの
被害を低減させている。
(B) Conventional technology and its problems Originally, plants are provided with various infection defense functions.
Although it is known to be resistant to many microbial infections, they are by no means perfect, and in today's crop cultivation aiming for high yield and high quality, a large amount of Pesticide spraying is needed. For example, a chemical is applied to seeds at the time of sowing to promote healthy germination, and the chemicals are further sprayed during growing and fruiting to reduce damage from microbial infection.

しかし、従来の方法では作物に残留した農薬の人体に
対する影響や、環境中への農薬の拡散による汚染等、安
全性の面で問題点が多くみられる。
However, conventional methods have many problems in terms of safety, such as effects of pesticides remaining on crops on the human body and contamination due to the diffusion of pesticides into the environment.

一方、高等植物の細胞壁を構築する多糖類は種々のも
のが知らているが、近年、これらの多糖類の分散物の中
に、感染防御反応や分化誘導などの植物の生理機能を調
整する因子が発見され、報告されている。
On the other hand, various types of polysaccharides that construct the cell wall of higher plants are known, and recently, in the dispersion of these polysaccharides, factors regulating plant physiological functions such as infection defense response and differentiation induction are included. Have been discovered and reported.

例えば、特定のオリゴガラクツロン酸は、ダイズの抗
菌性物質(ファイトアレキシン(phytoalexin)),プ
ロテアーゼインヒビター等の誘導生成を促進し、感染抵
抗性を付与する働きがあり、さらに、タバコカルスの開
花促進作用を示すことが知られている。また、サイカモ
アカエデの組織培養細胞から調製されるキシログルカン
のオリゴ糖は、エンドウの芽生えに対するオーキシンの
生長促進作用を抑制する効果があることが知られてい
る。
For example, a specific oligogalacturonic acid has a function of promoting the induced production of antibacterial substances (phytoalexin) and protease inhibitors of soybean, imparting resistance to infection, and further has an effect of promoting flowering of tobacco callus. It is known that It is also known that xyloglucan oligosaccharides prepared from sycamore maple tissue culture cells have an effect of suppressing the growth-promoting effect of auxin on pea sprouts.

このようなオリゴ糖類の生理活性は、今後の作物栽培
の革新に大いに寄与するものと考えられており、これら
の生理活性を有するオリゴ糖の調製方法の効率化,高収
量化が必要とされている。
Such physiological activities of oligosaccharides are considered to greatly contribute to the innovation of crop cultivation in the future, and there is a need for more efficient and higher yielding methods for preparing oligosaccharides having these physiological activities. I have.

(ハ) 課題を解決するための手段 本発明者は、抗菌性物質誘導効果(エリシター(elic
itor)活性)を有するオリゴガラクツロニドを高収率で
製造する方法について検討した。その結果、高メトキシ
ルポリα−1,4−D−ガラクツロニドを主成分とするペ
クチンにペクチン酸リアーゼを作用させることにより、
高収率でオリゴガラクツロニドを産生でき、さらにこの
オリゴ糖のメチルエステルを加水分解処理することによ
り、イオン交換クロマトグラフィーによる分離精製が容
易になることを見出し、本発明を完成するに至った。
(C) Means for Solving the Problems The present inventor has proposed an antibacterial substance-inducing effect (elicitor (elic)
A method for producing oligogalacturonide having itor activity) in high yield was studied. As a result, by allowing pectic acid lyase to act on pectin containing high methoxyl poly α-1,4-D-galacturonide as a main component,
The inventors have found that oligogalacturonide can be produced in high yield, and that the methyl ester of this oligosaccharide is hydrolyzed, thereby facilitating separation and purification by ion-exchange chromatography. .

さらに、本発明者は、単離したオリゴガラクツロニド
のうち、重合度が6,9,10または11のものが特に強いエリ
シター活性を有していることを見出した。なかでも重合
度6のオリゴガラクツロニドに関しては、従来エリシタ
ー活性についての報告が全くなされておらず、本発明の
方法にて高度に純粋に単離することによって初めて、そ
の強い活性が確認されたものである。
Furthermore, the present inventors have found that among the isolated oligogalacturonides, those having a polymerization degree of 6, 9, 10, or 11 have particularly strong elicitor activity. Above all, with regard to oligogalacturonide having a polymerization degree of 6, no report has been made on the elicitor activity at all, and its strong activity was confirmed only by highly pure isolation by the method of the present invention. Things.

本発明で用いられる高メトキシルα−1,4−D−ガラ
クツロニドを主成分とするペクチン質多糖類としては、
いかなる植物由来のものでもよい。例えばリンゴペクチ
ン,シトラスペクチン,愛玉子ペクチン等が用いられる
が、純度が高く、主鎖中にラムノースや分岐をほとんど
含まない愛玉子ペクチンが特に好ましい。愛玉子ペクチ
ンは、愛玉子イタビ(Ficus awkeotsang Makino)の
種子を加熱してペクチンに作用する酵素を失活させた
後、抽出,分離,精製することによって得られ、直鎖の
高メトキシルα−1,4−D−ガラクツロニドから構成さ
れる。
The high methoxyl α-1,4-D-galacturonide-based pectic polysaccharide used in the present invention includes:
It may be derived from any plant. For example, apple pectin, citrus pectin, love egg pectin and the like are used, and love egg pectin having high purity and containing substantially no rhamnose or branch in the main chain is particularly preferable. Love egg pectin, after heating the seeds of love egg Itabi (Ficus awkeotsang Makino) to inactivate the enzyme which acts on pectin, extraction, separation, obtained by purifying a high methoxyl linear alpha-1 , 4-D-galacturonide.

ペクチンに作用させるペクチン酸リアーゼは、ペクチ
ンリアーゼやペクチンエステラーゼの活性を実質的に含
まないものであることが必要とされるが、本発明におい
ては、植物病原菌の一種であるErwinia carotovora
培養濾液をCM−Sephadex C−50を用いたイオン交換クロ
マトグラフィーで精製したものを用いた。
The pectate lyase to act on pectin is required to be substantially free of pectin lyase or pectin esterase activity.In the present invention, the culture filtrate of Erwinia carotovora , a kind of plant pathogenic bacteria, is used. Purified by ion exchange chromatography using CM-Sephadex C-50 was used.

本発明によれば、ペクチン酸リアーゼが高メトキシル
ペクチン主鎖中のメチルエステル化されていないガラク
ツロン酸部分に作用し、β−脱離作用によってグリコシ
ド結合が切られ、適当な鎖長のオリゴガラクツロニドが
生成される。生じたオリゴガラクツロニドは、エタノー
ル添加により白色沈殿といて容易に得られる。このよう
にして得られるオリゴガラクツロニドは、種々の重合度
のものを含む混合物であり、そのまま生理活性物質とし
て用いることもできるが、活性を効率的に利用するため
には、活性の強いオリゴガラツクロニドを単離して用い
た方が好ましい。
According to the present invention, pectate lyase acts on the non-methylesterified galacturonic acid portion in the high methoxyl pectin main chain, the glycosidic bond is cleaved by β-elimination action, and oligogalacturo with an appropriate chain length is produced. Nides are produced. The resulting oligogalacturonide is easily obtained as a white precipitate by adding ethanol. The oligogalacturonide obtained in this way is a mixture containing various degrees of polymerization and can be used as it is as a physiologically active substance. It is preferable to use galacturonide by isolation.

本発明によれば、オリゴガラツクロニド混合物の水溶
液に水酸化ナトリウムを加えて脱メチルエステルした後
にイオン交換クロマトグラフィーで分離することによ
り、重合度1から12のオリゴガラクツロニドを高純度,
高収率で得ることができる。
According to the present invention, oligogalacturonide having a degree of polymerization of 1 to 12 can be purified to a high purity by adding sodium hydroxide to an aqueous solution of the oligogalacturonide mixture and demethylating the solution, followed by separation by ion exchange chromatography.
It can be obtained in high yield.

(ニ) 作用 本発明によって得られるオリゴガラクツロニドは、種
子への塗布,土壌中への添加,葉面への散布の他、水耕
栽培時における液体肥料中への添加等の方法で植物の投
与することにより、栽培植物の微生物感染に対する生体
防御機能の促進物質として利用することができる。
(D) Action Oligogalacturonide obtained by the present invention can be applied to plants by methods such as application to seeds, addition to soil, spraying to leaves, and addition to liquid fertilizer during hydroponics. Can be used as a substance promoting a biological defense function against microbial infection of cultivated plants.

(ホ) 実施例 以下に実施例を挙げて本発明をさらに詳細に説明する
が、本発明はこれに限定されるべきものではない。
(E) Examples Hereinafter, the present invention will be described in more detail with reference to Examples, but the present invention should not be limited thereto.

[実施例1] オリゴガラクツロニドの製造方法 (1) 愛玉子ペクチンの調製 本発明において用いられる愛玉子ペクチンは、特開昭
63−209553号に記載の方法に準じて調製した。
Example 1 Method for Producing Oligogalacturonide (1) Preparation of Love Egg Pectin Love egg pectin used in the present invention is disclosed in
It was prepared according to the method described in 63-209553.

(2) ペクチン酸リアーゼの調製 野菜類の軟腐病病巣から分離したErwinia carotovor
aの野生株の培養濾液から得られた酵素標品5,000単位
(pH9.0の緩衝の条件下30℃で反応して、1分間あたり
1μMのガラクツロン酸を遊離することができる酵素量
を、1単位とする。)を、10mMリン酸カラム緩衝液(pH
7.3)200mlに溶解し、遠心分離により不溶物を除去した
後、同緩衝液で平衡化したCM−Sephadex C−50のカラム
(2.6×70cm)に添加し、同緩衝液で洗浄した。溶出は
同緩衝液に塩化ナトリウムを添加し、塩化ナトリウム濃
度が0−0.8Mのグラジエントにより溶出を行った。
(2) Preparation of pectate lyase Erwinia carotovor isolated from soft rot lesions of vegetables
and under conditions 30 ° C. in buffer of enzyme preparation 5,000 units (pH 9.0 obtained from the culture filtrate of a wild strain of a, the amount of enzyme which can liberate the galacturonic acid of 1μM per minute, 1 ) With 10 mM phosphate column buffer (pH
7.3) After dissolving in 200 ml and removing insolubles by centrifugation, the mixture was added to a CM-Sephadex C-50 column (2.6 × 70 cm) equilibrated with the same buffer, and washed with the same buffer. For elution, sodium chloride was added to the same buffer, and elution was performed with a sodium chloride concentration of 0 to 0.8M.

(3) ペクチンの酵素分解 愛玉子ペクチン1gを0.1Mアンモニア緩衝液(pH9.0)4
00mlに溶解し、Erwinia carotovoraのペクチン酸リア
ーゼ115単位を加え、30℃で1時間インキュベートし
た。反応終了後、遠心分離により不溶物を除去し、等量
のエタノールを加え、沈殿物を乾燥し、分解物610mgを
得た。
(3) Enzymatic degradation of pectin 1 g of Aitama pectin is added to 0.1 M ammonia buffer (pH 9.0) 4
After dissolving in 00 ml, 115 units of Erwinia carotovora pectate lyase was added and incubated at 30 ° C. for 1 hour. After completion of the reaction, insolubles were removed by centrifugation, an equal amount of ethanol was added, and the precipitate was dried to obtain 610 mg of a decomposed product.

(4) オリゴガラクツロニドの分離精製 ペクチン溶液にNaOH溶液を加え、0.05N NaOHとし、0
℃,90分間脱エステル処理した後、2倍量のエタノール
を加え、生じた沈殿物を脱イオン水に溶解後、真空凍結
乾燥によりペクチン酸ナトリウム塩を調製した。このペ
クチン酸ナトリウム塩(0.94g)を100mMイミダゾール緩
衝液(pH7.0)500mlに溶解し、同緩衝液で平衡化したQA
E−Sephadex A−25のカラム(2.5×20cm)に添加し、同
緩衝液で洗浄後、同緩衝液2の0.2−0.8Mのグラジエ
ントにより溶出した。なおガラクツロン酸の定量方法は
m−hydroxydiphenyl法(Blumenkrantz,N.and Asboe−H
ansen,G.(1973)Anal.Biochem.,54,484)に従った。こ
れにより、図1に示すように、12のフラクションに分離
でき、重合度が12以下のオリゴガラクツロニドがそれぞ
れ単離できた。オリゴガラクツロニドの重合度はFAB−M
Sを用いて確認した。例えば、図1における第6番目の
フラクションの場合は、図2に示すように、1055,879,7
03,527,351とフラグメンテーションによるイオンピーク
がみられることから、重合度6のオリゴガラクツロニド
であることが確認できた。
(4) Separation and purification of oligogalacturonide NaOH solution was added to the pectin solution to make 0.05N NaOH.
After deesterification treatment at 90 ° C. for 90 minutes, twice the amount of ethanol was added, the resulting precipitate was dissolved in deionized water, and pectic acid sodium salt was prepared by freeze-drying in vacuo. This pectic acid sodium salt (0.94 g) was dissolved in 500 ml of 100 mM imidazole buffer (pH 7.0), and QA was equilibrated with the same buffer.
It was added to a column of E-Sephadex A-25 (2.5 × 20 cm), washed with the same buffer, and eluted with a 0.2-0.8 M gradient of the same buffer 2. The galacturonic acid determination method is the m-hydroxydiphenyl method (Blumenkrantz, N. and Asboe-H
ansen, G. (1973) Anal. Biochem., 54 , 484). As a result, as shown in FIG. 1, 12 fractions could be separated, and oligogalacturonides having a degree of polymerization of 12 or less could be isolated. The degree of polymerization of oligogalacturonide is FAB-M
Confirmed using S. For example, in the case of the sixth fraction in FIG. 1, as shown in FIG. 2, 1055,879,7
03, 527, 351 and an ion peak due to fragmentation were observed, which confirmed that the product was oligogalacturonide having a polymerization degree of 6.

[実施例2]エリシター活性(ファイトアレキシン誘導
活性)の測定 発芽後8−9日経過したダイズ子葉を水道水で洗浄
し、濾紙上で表面の水分を取った後、メスを用いて表面
下1mmの深さでカットした。この子葉10個を1群として
濾紙を敷いたシャーレ上に置き、オリゴガラクツロニド
溶液50μg/90μ/子葉を滴下した。細菌による汚染を
防ぐために0.02%のストレプトマイシンを添加した水3m
lを濾紙にしみこませ、湿潤状態とし、26℃で24時間イ
ンキュベートした。
[Example 2] Measurement of elicitor activity (phytoalexin-inducing activity) Soybean cotyledons 8-9 days after germination were washed with tap water, the water content of the surface was removed on filter paper, and then subsurface using a scalpel. It was cut at a depth of 1 mm. The 10 cotyledons were placed as a group on a petri dish covered with filter paper, and the oligogalacturonide solution was dropped at 50 μg / 90 μ / cotyledon. 3m water with 0.02% streptomycin to prevent bacterial contamination
l was soaked in filter paper, moistened and incubated at 26 ° C. for 24 hours.

インキュベート終了後、子葉10個を脱イオン水10mlに
懸濁し、ファイトアレキシンを抽出し、この抽出液をさ
らに10倍に希釈した。ダイズのファイトアレキシンの主
成分であるグリセオリン類は286nm付近に強い吸収極大
をもつため、286nmの吸収を測定し、エリシター活性と
した。なお上記実験は2回繰り返し、その平均価を測定
価として示した。
After the incubation, 10 cotyledons were suspended in 10 ml of deionized water to extract phytoalexin, and this extract was further diluted 10-fold. Glyceolins, which are the main components of soybean phytoalexins, have a strong absorption maximum near 286 nm. Therefore, the absorption at 286 nm was measured to determine the elicitor activity. The above experiment was repeated twice, and the average value was shown as the measured value.

単離した重合度4〜12のオリゴガラクツロニドそれぞ
れについて、この方法により測定したエリシター活性を
表1に示す。
For each of the isolated oligogalacturonides having a degree of polymerization of 4 to 12, the elicitor activity measured by this method is shown in Table 1.

上記の結果から、オリゴガラクツロニドのうち重合度
6,9,10または11のものが特に強いエリシター活性を有す
ることがわかった。
From the above results, the degree of polymerization of oligogalacturonide
6,9,10 or 11 were found to have particularly strong elicitor activity.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

図1はQAE−SEPHADEX A−25のカラムを用いて溶出した
重合度1〜12のオリゴガラクツロニドの分離パターンを
示す。 図2は重合度6のオリゴガラクツロニドのFAB−MSの結
果を示す。
FIG. 1 shows the separation pattern of oligogalacturonides having a polymerization degree of 1 to 12 eluted using a column of QAE-SEPHADEX A-25. FIG. 2 shows the results of FAB-MS of oligogalacturonide having a degree of polymerization of 6.

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 日本農芸化学会誌、第62巻、第3号、 昭和63年3月15日発行、第365頁 (58)調査した分野(Int.Cl.6,DB名) C12P 19/14 CA(STN)────────────────────────────────────────────────── ─── Continuation of the front page (56) References Journal of the Japanese Society of Agricultural Chemistry, Vol. 62, No. 3, published March 15, 1988, p. 365 (58) Fields investigated (Int. Cl. 6 , DB name) C12P 19/14 CA (STN)

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】愛玉子の種子より得られるペクチンにペク
チン酸リアーゼを作用させて得られるオリゴガラクツロ
ニド混合物から生理活性を有する重合度が6のオリゴガ
ラクツロニドを単離するに際し、オリゴガラクツロニド
混合物をアルカリ水溶液で脱メトキシした後に、イオン
交換クロマトグラフィーによって分離することを特徴と
する生理活性を有する重合度が6のオリゴガラクツロニ
ドの単離方法。
1. Isolation of a biologically active oligogalacturonide having a degree of polymerization of 6 from an oligogalacturonide mixture obtained by allowing pectate lyase to act on pectin obtained from the seeds of loved eggs. A method for isolating oligogalacturonide having a polymerization degree of 6 and having biological activity, comprising demethoxylating the cuturonide mixture with an aqueous alkali solution and separating the mixture by ion exchange chromatography.
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