花粉を介して飛散しない可食を目的とした植物形質転換マーカーの開発

• Project/Area Number: 19658042
• Research Category: Grant-in-Aid for Exploratory Research
• Allocation Type: Single-year Grants
• Research Field: Applied biochemistry
• Research Institution: University of Shizuoka
• Principal Investigator: 小林 裕和 University of Shizuoka, 大学院・生活健康科学研究科, 教授 (80170348)
• Project Period (FY): 2007 – 2008
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2008)
• Budget Amount: ¥3,500,000 (Direct Cost: ¥3,500,000); Fiscal Year 2008: ¥600,000 (Direct Cost: ¥600,000); Fiscal Year 2007: ¥2,900,000 (Direct Cost: ¥2,900,000)
• Keywords: 育種学 / 組換え食品 / 植物 / 生態学 / バイオテクノロジー / 葉緑体 / 形質転換 / 選択マーカー

Research Abstract

植物の遺伝子操作は、食糧、機能性食品、薬効成分、エネルギー等の効率的生産への可能性を秘めているにも係わらず、遺伝子組換え農作物は社会的に容認されているとは言い難い。その要因として、花粉の飛散による組換え遺伝子の他植物への転移の可能性、圃場における除草剤耐性遺伝子を用いた場合の除草剤耐雑草の出現の可能性などが挙げられる。これらの問題を解決するために、葉緑体に局在し分岐鎖アミノ酸の生合成に介在するアセト乳酸合成酵素[acetolactate synthase(ALS);別称acetoh ydroxyacid synthase(AHAS)】を用いて、植物由来新規葉緑体形質転換維持マーカーを開発した。
ALSはアミノ酸配列の変異の違いにより、異なる阻害剤に耐性となる特徴を持つ。本実験ではシロイヌナズナALS触媒サブユニット(以下ALSと呼ぶ)のコード領域に複数の変異を導入し、3種類のALS阻害剤に対してそれぞれ耐性の異なる二重変異を含む5種類の変異型ALSを作製した。これらをそれぞれスペクチノマイシン耐性遺伝子aadAに隣接して導入したニンストラクトを作製し、タバコ葉緑体ゲノムにパーティクルガン法により導入後、スペクチノマイシン耐性で選抜を行った。得られた耐性系統は、葉緑体ゲノム中に変異ALS遺伝子を保持しており、正常に生育することを観察した。本形質転換系統の葉をALS阻害剤を含む再分化培地で培養した。その結果、阻害剤を含む培地で、再分化個体が得られ、ALS阻害剤に耐性を示すことを証明した。この技術により、組換え遺伝子の他植物への転移を防ぐことが可能となる。さらに、圃場において異なる阻害剤のローテーション使用が可能になり、除草剤耐性雑草の出現の回避にも繋がる。また、除草剤の淘汰圧をかけ続けることで、形質転換葉緑体の脱落を防ぎ、形質転換形質の維持が容易になる。選抜条件を検討することにより、aadAを介さず、変異型ALSを選択マーカーとして葉緑体形質転換が可能なるものと考える。

Research Products

• [Journal Article] Transformation of Arabidopsis with plant-derived DNA sequences necessary for selecting transformants and driving an objective gene. (2009)
  • Author(s): Ahmad, A., Kaji, I., Murakami, Y., Funato, N., Ogawa, T., Shimizu, M., Niwa, Y., Kobavashi. H.
  • Journal Title: Biosci. Biotechnol. Biochem. 73 Pages: 936-938
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Herbicide sensitivities of mutated enzymes expressed from artificially generated genes of acetolactate synthase (2008)
  • Author(s): Kawai, K., Kaku, K., Izawa, N., Shimizu, M., Kobavashi. H., Shimizu, T.
  • Journal Title: J. Pestic. Sci. 33 Pages: 128-137
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Selectable tolerance to herbicides by mutated acetolactate synthase genes integrated into the chloroplast genome of tobacco (2008)
  • Author(s): Shimizu, M., Goto, M., Hanai, M., Shimizu, T., Izawa, N., Kanamoto, H., Tomizawa, K. -I., Yokota, A., Kobavashi, H.
  • Journal Title: Plant Physiol. 147 Pages: 1976-1983
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Herbicide sensitivities of mutated enzymes expressed from artificially generated genes of acetolactate synthase (2008)
  • Author(s): Kawai, K., Kaku, K., Izawa, N., Shimizu, M., Kobayashi, H., Shimizu, T.
  • Journal Title: J. Pestic. Sci. 33(印刷中)
  • NAID: 10021002139
  • Peer Reviewed
• [Presentation] Genetic improvement of plants with all plant-derived DNA sequences and its application to polyphenol enrichment (2008)
  • Author(s): Kobayashi. H.
  • Organizer: 1st International Conference of Health anid Longevity Sciences -- Yaku-shoku Dogen, 'Medicine and Food, Sharing a Common Origin'
  • Place of Presentation: 静岡
  • Year and Date: 2008-12-19
• [Presentation] A strategy for plant improvement to relieve anxiety about oral intake and “genetic pollution" (2008)
  • Author(s): Shimizu, M., Kobavashi. H.
  • Organizer: 1st International Conference of Health and Longevity Sciences -- Yaku-shoku Dogen, 'Medicine and Food, Sharing a Common Origin'
  • Place of Presentation: 静岡
  • Year and Date: 2008-12-19
• [Presentation] 容認性が高い遺伝子操作とLED照射による植物の高付加価値化 (2008)
  • Author(s): 小林裕和
  • Organizer: イノベーション・ジャパン2008
  • Place of Presentation: 東京
  • Year and Date: 2008-09-16
• [Presentation] 安全な遺伝子操作を基盤にした薬食生産のための植物の活用 (2008)
  • Author(s): 小林裕和
  • Organizer: 第70回しみず新事業創出研究会
  • Place of Presentation: 静岡
  • Year and Date: 2008-04-07
• [Presentation] 安全な遺伝子操作を基盤にした薬食生産のための植物の活用 (2007)
  • Author(s): 小林裕和
  • Organizer: 中部公立3大学 新技術説明会:薬食系を中心に, 岐阜薬科大学, 静岡県立大学, 名古屋市立大学, 科学技術振興機構(JST)
  • Place of Presentation: 東京
  • Year and Date: 2007-11-02
• [Presentation] フラボノイド類合成酵素遺伝子の導入による植物食薬生産能の強化 (2007)
  • Author(s): 小林裕和, 村上由規子, 加治いずみ, 丹羽康夫, Aftab Ahmad, 清水正則, 臼井由美子, 中山 勉, 阿部郁朗, 野口博司
  • Organizer: 第2回食品薬学シンポジウム
  • Place of Presentation: 静岡
  • Year and Date: 2007-10-18
• [Presentation] 安全な遺伝子操作によるフラボノイド類合成強化植物作出の試み (2007)
  • Author(s): 村上由規子, 加治いずみ, 丹羽康夫, Ahmad, A., 清水正則, 臼井由美子, 中山 勉, 熊澤茂則, 清水 力, 井沢典彦, 小林裕和
  • Organizer: 日本カテキン学会
  • Place of Presentation: 静岡
  • Year and Date: 2007-08-24
• [Remarks]
  • URL: http://sfns.u-shizuoka-ken.ac.jp/pctech/