酵母由来の遺伝子による植物への重金属耐性の付与

• Project/Area Number: 07263253
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research on Priority Areas
• Allocation Type: Single-year Grants
• Research Institution: Nihon University
• Principal Investigator: 矢崎 仁也 日本大学, 農獣医学部, 教授 (60059045)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 砂入 道夫 日本大学, 農獣医学部, 講師 (80196906) ; 長谷川 功 日本大学, 農獣医学部, 助教授 (40218441)
• Project Period (FY): 1993 – 1995
• Project Status: Completed (Fiscal Year 1995)
• Budget Amount: ¥1,800,000 (Direct Cost: ¥1,800,000); Fiscal Year 1995: ¥1,800,000 (Direct Cost: ¥1,800,000)
• Keywords: 重金属汚染 / 重金属過剰ストレス / 重金属耐性 / カドミウム / 銅 / 重金属結合タンパク質 / メタロチオネイン / カリフラワー

Research Abstract

有害な重金属に対する耐性植物を育成する目的で、酵母が保有する重金属結合蛋白質であるメタロチオネイン合成遺伝子(CUP1)をBinary vector pBI121CaMV35Spromoter systemを用いて、タバコ、シロイヌナズナ、カリフラワーに導入した。
遺伝子を導入したカリフラワーについて、CUP1遺伝子が存在することをPCR法により確認すると共に、Northern hybridizationによりm-RNAへの転写を確認したクローンを得た。このクローン株を大量に育苗した後、これと非組換え体各々にCd25μmM〜400μMとなるように水耕液に添加して12日間栽培した。その結果、非組換え体はCd25μMまで生育できたがCd50μMでは枯死した。それに対し組換え体はCd400μMを処理しても正常な生育を示し、16倍以上の高い耐性が付与されたことが証明された。この両植物体中のCd含量を測定したところ、組換え体は明らかに体内Cd濃度が高く、Cdの吸収・集積が見られた。また、体内の可溶性タンパク質をゲルろ過法で分画したところ、組換え体のみにCdと結合したタンパク質画分が認められ、これが導入したCUP1遺伝子の発現により生成したメタロチオネインであろうと考えられた。
一方、組換え体、非組換え体ともCdの吸収がCuによって大きく阻害されることを見出した。その詳細について検討した結果、カリフラワーの根細胞の原形質膜はCdよりCuを優先して吸着し、これがCdの細胞内への吸収チャンネルを妨害することが原因であること、そして、Cdの吸収チャンネルがCaの吸収サイトであることを示唆する結果を得た。
このことは、今後、有害な重金属の吸収メカニズムを解析する上で重要な手掛かりであり、有害重金属を吸収しない植物を育成する際の基礎的な知見となるものと考えている。
また、本研究の過程でカリフラワー自体が、Cdによって誘導生成する重金属結合タンパク質であるフィトケラチンを保有することを明かにした。