富山大学・和漢医薬学総合研究所の庄司翼教授らの研究グループは、理化学研究所、サントリーグローバルイノベーションセンター株式会社、大阪大学大学院工学研究科との共同研究で、ステビア由来酵素UGT91D2の1つのアミノ酸を置換した改良型酵素を用いることで、優良甘味成分として注目されるレバウジオシドDとレバウジオシドMの蓄積を10倍程度まで増大させることに成功しました。

肥満や生活習慣病を予防するために、ショ糖やフルクトースなど高カロリー糖質の過剰摂取を控える必要があります。南米原産のハーブ植物であるステビアは、ノンカロリーの天然甘味成分であるレバウジオシドDとレバウジオシドMを蓄積します。これらステビア成分は甘味に優れていることから注目されています。しかし、ステビア植物内でのこれら優良成分の蓄積量は限られており、その主な原因はレバウジオシドDとレバウジオシドMの合成に関与する酵素UGT91D2の活性が低いことにあります。

本研究では、UGT91D2酵素の基質認識に関わる1つのアミノ酸を置換することで、UGT91D2酵素の活性を大幅に向上させることに成功しました。改良型酵素をベンサミアナタバコの葉において発現させることで、レバウジオシドDとレバウジオシドMの蓄積を従来の約10倍まで増大させることに成功しました。この成果は、希少甘味成分の効率的な生産に向けた大きな一歩といえます。

本研究成果は令和7年1月9日午後10時（日本時間）に米国化学会の学術誌Journal of Agricultural and Food Chemistry電子版に掲載されました。

ショ糖やフルクトースなどの高カロリー糖質の過剰摂取は、肥満や生活習慣病などの疾患の原因となることがあります。そのため、健康を維持するためにはこれら糖質の摂取を控えることが必要です。南米パラグアイ原産の多年生ハーブ植物であるステビア（キク科）は、ノンカロリーの天然甘味成分を合成・蓄積することで知られています。

ステビアに含まれる甘味成分の中でも、レバウジオシドDとレバウジオシドMは、優れた甘味を持つことから注目されています。しかし、これらの成分はステビア植物内での蓄積量が低いため、非常に貴重です。この低い蓄積量の主な原因は、レバウジオシドDとレバウジオシドMの合成に関与する配糖化酵素UGT91D2の活性が低いことにあります。

したがって、UGT91D2の酵素活性を改良することで、レバウジオシドDおよびレバウジオシドMの合成と蓄積を増大させることが重要です。

イネ由来の配糖化酵素OsUGT91C1の立体構造を基に、ステビア由来酵素UGT91D2の構造を予測し、そのモデル構造に糖供与体と糖受容体の2つの基質をドッキングさせることで、これら基質を認識するアミノ酸残基を推定しました。この解析により、N末端から数えて155番目に位置するバリンが糖供与体基質の認識に特に関わる重要な残基と考えられました。このバリンをスレオニンに置換した改変型UGT91D2酵素を、パン酵母と植物細胞（ベンサミアナタバコの葉）において発現させ、加えて、前駆体化合物を投与すると、レバウジオシドD（図中のRebD）とレバウジオシドMの蓄積が、従来型酵素と比べて、酵母においては2~2.5倍程度に、ベンサミアナタバコの葉においては6~12倍程度に増大させることができました。一方、レバウジオシドJ（図中のRebJ）などの副産物の蓄積は顕著に抑制されました。

UGT91D2酵素をコードするステビア遺伝子に、本研究で明らかとなったアミノ酸置換（155位のバリンをスレオニンに置換）を持つ植物を選抜することで、レバウジオシドDとレバウジオシドMを高蓄積するステビア植物を得ることが期待されます。