| Project/Area Number |
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 |
Miyamoto Takaaki 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 |
Completed (Fiscal Year 2023)
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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 | 細胞壁 / DNA送達 / 双性型イオン液体 / 葉緑体移行ペプチド / ナノミセル / 活性酸素種 / 抗酸化ペプチド / 葉緑体ゲノム改変 / 遺伝子送達 / 植物細胞壁 / ストレス / 葉緑体改変 / 遺伝子導入 / 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 Final Research Achievements |
A novel method for efficient DNA delivery into plant chloroplasts was developed by combining zwitterionic ionic liquid (ZIL) pretreatment with chloroplast-targeted nanomicelles. ZIL pretreatment increased cell wall permeability by partially dissolving crystalline cellulose microfibrils without damaging the cell membrane, resulting in a 2-fold improvement in DNA delivery efficiency, offering a simpler alternative to existing techniques. Zwitterionic peptides (ZIPs) were developed based on ZILs' structure to further enhance cell wall permeability. ZIPs dissolved crystalline cellulose at lower concentrations than ZILs, potentially improving permeability without reducing regeneration efficiency. Unexpectedly, the chloroplast transit and cell-penetrating peptides used in the nanomicelles exhibited high reactive oxygen species (ROS) scavenging ability. This led to the development of a chimeric peptide that temporarily eliminated ROS inside chloroplasts.
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| Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements |
本研究成果により、従来よりも高効率な葉緑体への遺伝子導入が可能となった。ZILとZIPを用いる化学処理手法は、プロトプラストや高価な装置を用いることなく、植物細胞壁の透過性を向上させる新たなコンセプトである。この技術は、葉緑体改変を軸とした植物の形質改良や有用物質生産などの応用研究に貢献できる。さらに本研究では、ある種の葉緑体移行ペプチドと細胞膜透過ペプチドに活性酸素（ROS）消去能があることを発見した。この知見は、植物の酸化ストレスを緩和させる新たな手法の開発につながる。以上の成果は、基礎植物科学のみならず、持続可能な農業や次世代バイオテクノロジーの実現にも貢献すると考えられる。
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