細胞壁弛緩ペプチドと核酸運搬ナノミセルを利用した高効率な植物葉緑体への遺伝子導入
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22K14575
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| Research Category |
Grant-in-Aid for Early-Career Scientists
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| Allocation Type | Multi-year Fund |
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| Review Section |
Basic Section 28040:Nanobioscience-related
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| Research Institution | Institute of Physical and Chemical Research |
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Principal Investigator |
宮本 昂明 国立研究開発法人理化学研究所, 環境資源科学研究センター, 研究員 (20804040)
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| Project Period (FY) |
2022-04-01 – 2024-03-31
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| Project Status |
Granted (Fiscal Year 2022)
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| Budget Amount *help |
¥4,550,000 (Direct Cost: ¥3,500,000、Indirect Cost: ¥1,050,000)
Fiscal Year 2023: ¥1,820,000 (Direct Cost: ¥1,400,000、Indirect Cost: ¥420,000)
Fiscal Year 2022: ¥2,730,000 (Direct Cost: ¥2,100,000、Indirect Cost: ¥630,000)
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| Keywords | 葉緑体改変 / 遺伝子導入 / ナノミセル / 双性型イオン液体 / 細胞壁 / 双性イオン型ペプチド / 葉緑体移行シグナル / 葉緑体 |
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| Outline of Research at the Start |
本研究では、葉緑体へ遺伝子を運ぶペプチド-DNA複合体（ナノミセル）と、細胞壁を弛緩させる双性イオン型ペプチドを組み合わせた、全く新しい葉緑体への遺伝子導入手法を開発する。これを達成するため、本研究計画では、 双性イオン型ペプチドがナノミセルの細胞壁透過効率と揚力亭への遺伝子導入効率与える影響を解明すると共に、実用植物種への遺伝子導入が可能であるかを検証する。
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究の目的は、植物の細胞壁を弛緩させる化学処理手法と葉緑体を標的化した核酸含有ナノミセルを組み合わせることにより、葉緑体への高効率な遺伝子導入技術を確立することである。2022年度は、セルロースを溶解させる双性型イオン液体（ZIL）に注目し、ZIL処理が細胞壁透過性に与える影響と細胞毒性、ナノミセルの遺伝子導入に対する促進効果を詳細に検討した。その結果、植物細胞を傷害することなく結晶性セルロースを溶解できるZIL処理の条件を見出すことができ、最適化したZIL処理によって植物の細胞壁透過性を有意に向上させることに成功した。さらに、ZIL処理したモデル植物では、葉緑体標的化ナノミセルによる遺伝子導入効率が２～4倍向上することが明らかになった。これらの結果は、細胞壁の透過性向上によりナノミセルの遺伝子導入効率を高めるという本提案のコンセプトを実証するものである。一方で、ZIL処理は直径100 nmのミセルによる遺伝子導入を改善するが、ミセル直径が200 nmを超える場合には効果がないことが明らかになった。今後の計画では、細胞壁の透過性をさらに向上させるべく、双性型イオン構造を側鎖に組み込んだ合成ペプチドによる処理手法を検討していく予定である。また、予想外の結果として、ナノミセルを構成する葉緑体移行および膜透過ペプチドが抗酸化活性を持つことが明らかになった。これらの抗酸化活性を持つペプチドを利用して、葉緑体で過剰に生成される活性酸素種を消去し、光合成機能を保護できるかについても検証していく。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
当初の計画通り、細胞壁透過性の向上による遺伝子導入の高効率化が達成され、本提案のproof of conceptを得ることに成功している。また、この研究成果をまとめた論文が既に国際誌に掲載されており、研究計画は順調に進行している。
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| Strategy for Future Research Activity |
ZIL処理は、有意に細胞壁の透過性が向上するものの、直径200 nmを超えるナノミセルの遺伝子導入効率には寄与しないことが明らかになっている。今後、200 nm以上のナノミセルにも有効な処理手法を開発するため、双性型イオン構造を側鎖に組み込んだ合成ペプチドによる細胞壁の弛緩効果を検証する。
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Report
(1 results)
Research Products
(6 results)
