新開發方法成功從極微量高山植物花卉樣本中確定多樣酚類化合物結構

由獨立行政法人國立科學博物館（館長：篠田謙一）的合作研究生平野日向（東京農工大學大學院聯合農學研究科）、菊池貴（理學控股集團公司理學株式會社產品本部應用實驗室）、榊原風太（Asterism合同會社研究開發支援事業部技術顧問）和村井良德（植物研究部研究主幹）等人組成的研究團隊，透過開發微量成分分析方法，成功確定了高山植物中10種以上酚類化合物配醣體的結構。對於高山植物而言，由於其植株小巧，且從許可和倫理角度難以獲取研究樣本，這項研究尤其具有挑戰性。具體而言，研究團隊從僅2克的高山植物岩梅花中分離並結晶化成分，並適當利用單晶X射線結構分析（SC-XRD）和電子繞射結構分析（MicroED）等分析方法，成功確定了各個所含成分的結構。在包括高山植物在內的野生植物中，從如此微量的樣本中確定如此多成分結構，是一項開創性的研究範例。這項技術不僅可以應用於植物的化學成分研究，還可以應用於理學、農學、藥學等廣泛領域中未利用資源的探索研究。本研究成果於2026年2月22日在化學領域國際期刊《Journal of Molecular Structure》上線上發表。此外，利用相關技術的研究成果也已發表在生物化學領域國際期刊《Biochemical Systematics and Ecology》以及農業產業領域國內期刊《AgriBio》上。

【研究重點】 ・建立了微量成分的分離和結晶方法。 ・透過適當利用結晶後的成分、單晶X射線結構分析（SC-XRD）和電子繞射結構分析（MicroED）等分析方法，成功進行了結構分析。 ・成功分析了樣本量有限的高山植物酚類化合物的結構，發現岩梅花中含有多樣的酚類化合物。 ・在方法開發過程中，相關研究還發現了與植物化學適應機制和系統發育相關的成分。

1. 研究背景與成果 分佈在日本高山帶和亞高山帶等地區的高山植物，為了應對高山環境中的紫外線和低溫等嚴峻環境壓力，會合成並積累稱為酚類化合物的化學成分，從而進行環境適應。這些酚類化合物中的許多也被證實是潛在的天然資源，相較於低地，高山植物的相關知識有限，因此特別期待對其進行研究。然而，高山植物生長在嚴峻的環境中，植株小巧，且分佈僅限於高海拔地區，因此屬於稀有物種。即使是學術研究，也需要從法令許可和倫理角度將採集帶來的人為干擾降至最低，因此可用於上述成分結構分析的樣本量有限。本研究團隊此前一直在推進從微量樣本中分析成分的方法開發，本次以極少量的高山植物岩梅花作為研究樣本，在經過高速液相層析（HPLC）等現有分析方法進行分離純化，以及四極飛行時間質譜儀（QTOF-MS）進行分子量測定的步驟後，開發了優化各所含成分結晶的方法。此外，透過利用單晶X射線結構分析（SC-XRD）和電子繞射結構分析（MicroED）等分析方法，這些方法能夠從傳統尺寸約1/100的晶體中確定結構，成功從極微量樣本中分析了微量成分的結構。本研究揭示，生長在嚴峻高山環境中的岩梅花含有多樣的酚類化合物，包括近年來作為具有健康功效的功能性成分而備受關注的槲皮素配醣體等類黃酮。 此外，在上述技術開發過程中，研究團隊也成功從岩梅葉中分離出多種成分並進行結構分析，發現了有助於紫外線防護和抗氧化作用的成分。更進一步，研究成果還發現這些成分的部分積累在日本列島本州中部至北海道地區存在地理差異，這些成果已發表在《Biochemical Systematics and Ecology》上。本次研究是該研究的進一步改良。此外，農業產業領域的國內期刊《AgriBio》的文章也總結介紹了本研究的重點。

2. 註釋 高速液相層析（HPLC）：一種利用液體中成分在移動相（溶劑）和固定相（層析柱）之間相互作用差異，實現高效分離和檢測的裝置。圖2中的製備型HPLC系統是用於分離各成分的HPLC。 四極飛行時間質譜儀（QTOF-MS）：一種結合了四極桿和飛行時間兩種不同質譜技術的質譜儀，兼具高質量精度、高解析度和高靈敏度。圖2中的LC-QTOF-MS是將HPLC與QTOF-MS連接的裝置。 單晶X射線結構分析（SC-XRD）：一種透過向樣品晶體照射X射線束，並從所得繞射X射線圖案中直接確定樣品分子立體結構的方法。 電子繞射結構分析（MicroED）：一種在SC-XRD中以電子束取代X射線的方法，能夠從更小的亞微米級晶體中確定樣品分子的結構。

3. 未來展望 本研究在分析方法開發中利用了在高山植物中分佈相對廣泛的岩梅，目前正利用此方法分析日本特有種和瀕危物種等更為稀有的植物。這項技術有望揭示以往難以分析的植物微量成分，並應用於有用資源物質的探索。此外，這項技術可應用於理學、農學、藥學等廣泛領域，預計將成為獲取基礎和應用研究基盤資訊的重要技術。

4. 發表論文 標題：Sustainable micro-scale identification of phenolic glycosides in alpine flower through single-crystal structure analysis 作者：Hyuga Hirano, Takashi Kikuchi, Futa Sakakibara, Yoshinori Murai 刊載期刊：《Journal of Molecular Structure》, 145740 （2026年2月22日線上公開，預計2026年7月刊載）

【相關論文】 標題：Phenolic compound diversity reflecting phylogeographic structure of Diapensia lapponica subsp. obovata (Diapensiaceae) populations in Japan 作者：Hyuga Hirano, Toshiyo Kato, Keiichi Noguchi, Hisahiro Kai, Takuro Ito, Takashi Kikuchi, Futa Sakakibara, Yoshinori Murai 刊載期刊：《Biochemical Systematics and Ecology》, 125: 105168 （2025年11月20日線上公開，預計2026年4月刊載）

【相關文章】 標題：高山植物における微量フェノール配糖体の構造解析 作者：平野日向，菊池貴，榊原風太，村井良徳 刊載期刊：《アグリバイオ》, 10(3): 53-56 （2026年3月號刊載） 本研究是JSPS科研費（JP23K05503）、特別研究員獎勵費（JP24KJ1011）以及國立科學博物館綜合研究「極限環境の科學」等研究的一部分。