Establishment of a research base for the creation of new technologies that enable crop cultivation in heavy metal-contaminated soil
| Project/Area Number |
23K23745
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| Project/Area Number (Other) |
22H02480 (2022-2023)
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| Research Category |
Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
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| Allocation Type | Multi-year Fund (2024)
Single-year Grants (2022-2023) |
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| Section | 一般 |
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| Review Section |
Basic Section 41050:Environmental agriculture-related
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| Research Institution | Tokyo University of Agriculture |
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Principal Investigator |
中村 進一 東京農業大学, 生命科学部, 教授 (00322339)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
鈴井 伸郎 国立研究開発法人量子科学技術研究開発機構, 高崎量子技術基盤研究所 量子バイオ基盤研究部, 上席研究員 (20391287)
肥塚 信也 玉川大学, 農学部, 教授 (30433866)
伊澤 かんな (佐藤かんな) 東京農業大学, 生命科学部, 准教授 (40456603)
大津 直子 東京農工大学, (連合)農学研究科(研究院), 教授 (40513437)
橋本 洋平 東京農工大学, (連合)農学研究科(研究院), 准教授 (80436899)
野副 朋子 明治学院大学, 教養教育センター, 准教授 (90590208)
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| Project Period (FY) |
2022-04-01 – 2026-03-31
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| Project Status |
Granted (Fiscal Year 2024)
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| Budget Amount *help |
¥17,030,000 (Direct Cost: ¥13,100,000、Indirect Cost: ¥3,930,000)
Fiscal Year 2025: ¥4,160,000 (Direct Cost: ¥3,200,000、Indirect Cost: ¥960,000)
Fiscal Year 2024: ¥4,420,000 (Direct Cost: ¥3,400,000、Indirect Cost: ¥1,020,000)
Fiscal Year 2023: ¥4,420,000 (Direct Cost: ¥3,400,000、Indirect Cost: ¥1,020,000)
Fiscal Year 2022: ¥4,030,000 (Direct Cost: ¥3,100,000、Indirect Cost: ¥930,000)
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| Keywords | グルタチオン / カドミウム / 細胞壁 / アブラナ |
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| Outline of Research at the Start |
グルタチオン(GSH)は様々な生理活性を持つペプチドである。研究代表者は植物の根に部位特異的に与えたGSHが根の細胞壁におけるカドミウム(Cd)の保持、地上部基部(茎と根の境界部分)におけるCdの返送など複数の分子機構を活性化し、植物体の地上部へのCdの移行と蓄積を選択的に抑制することを明らかにした。
本研究ではアブラナ根においてCd動態への影響が考えられたペクチンメチルエステラーゼなどの酵素タンパク質の生理的機能の解明や根におけるGSH動態の制御機構の解明等によって、GSHが根の細胞壁でCdの保持を活性化する現象の分子機構を明らかにすることを目指す。
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究では先行研究で実施したトランスクリプトーム解析の結果、グルタチオンに応答して根で発現量が有意に増加し、カドミウム動態への影響が考えられるペクチンメチルエステラーゼなどの機能を明らかにする。また、根におけるグルタチオン動態への影響が考えられるγ－グルタミルトランスペプチダーゼ等の機能を明らかにする。これらの研究を通じて得られる結果からグルタチオンがアブラナ根の細胞壁で選択的にカドミウムの保持を活性化する現象の分子機構を解明することを目指している。本研究によって植物根におけるカドミウム保持機構に新たな知見をもたらし、重金属(カドミウム)汚染土壌での作物栽培を可能にする新技術の創出に繋げていきたいと考えている。
令和5年度はグルタチオンに応答して発現変動する遺伝子の中でも主にペクチンメチルエステラーゼの機能解析に注力した。最初にペクチンメチルエステラーゼの酵素活性を測定する実験系を確立した。ペクチンメチルエステラーゼは根圏に存在するグルタチオンに応答して、酵素活性が変化していた。バイオインフォマティクス解析の結果、ペクチンメチルエステラーゼには数多くのアイソザイムが存在していた。ペクチンメチルエステラーゼ活性とアブラナ根におけるカドミウム動態の制御との関連性を示唆する実験結果も得られている。アブラナ根におけるグルタチオン動態の制御機構の解明するため、γ－グルタミルトランスペプチダーゼがカドミウム動態に及ぼす影響を調べた。γ－グルタミルトランスペプチダーゼ活性はカドミウムに応答していた。この酵素の阻害剤を用いた実験からも、この酵素が根のカドミウム動態に影響を及ぼしていることが明らかになった。
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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
グルタチオンに応答して発現変動する遺伝子の中でもペクチンメチルエステラーゼの機能解析では酵素活性を測定する実験系を確立して、カドミウムやグルタチオンに対する酵素活性の応答を調べることができた。その後、解析対象のペクチンメチルエステラーゼ遺伝子の発現解析実験にも着手している。アブラナ根におけるグルタチオン動態を明らかにするため、根の細胞外でグルタチオンの代謝に関与しているγ－グルタミルトランスペプチダーゼの機能解析に関する実験でも成果を得ることができた。この酵素の機能解析から得られる成果は植物根におけるグルタチオン動態制御機構を解明する端緒になる。また、植物体内におけるカドミウムの化学形態を明らかにする実験にも着手できた。植物体内におけるカドミウムの化学形態の解析からもカドミウム動態制御機構を明らかにする端緒が得られると期待している。
以上の点から本研究はおおむね順調に進展していると判断した。
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| Strategy for Future Research Activity |
これまでに得られた研究成果に基づき、それぞれの研究課題を継続して検討していく。その中でも令和6年度はアブラナ根のグルタチオン動態の制御への関与が予想されるグルタチオン代謝に関連する酵素γ－グルタミルトランスペプチダーゼの機能解析に注力したいと考えている。並行して、細胞壁におけるグルタチオンが活性化するカドミウムの保持機構の解明にも取り組んでいきたい。また、新たなアブラナ形質転換体の作出に向けた実験も進めていくことができればと考えている。そして、令和6年度はこれまでに得られた実験結果をまとめて、学術論文として発表することにも注力していきたいと考えている。
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Report
(2 results)
Research Products
(5 results)
