イネの紫外線抵抗性と感受性品種間におけるピリミジンダイマー光修復酵素の構造の違い

2000 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 12760224
• Research Institution: Tohoku University
• Principal Investigator: 日出間 純 東北大学, 遺伝生態研究センター, 助手 (20250855)
• Keywords: 紫外線B / イネ / 光修復酵素 / シングルフラッシュ法 / 紫外線耐性機構 / シクロブタン型ピリミジンダイマー

Research Abstract

以下に平成12年度の課題とその成果について記す。
(1)紫外線抵抗性・感受性イネ品種からの光修復酵素遺伝子の単離、および感受性品種における光修復酵素遺伝子の変異部位の決定
まず、感受性品種の光回復酵素活性低下の要因が、細胞内の酵素量の低下によるのか、光修復酵素遺伝子の構造的変異によるのかについて、シングルフラッシュ法により解析した。その結果、感受性品種の光修復酵素は、抵抗性品種と比較してCPDと結合し難く、温度安定性も低いことから、遺伝子が構造的に変異していることが強く示唆された(Hidema et al.Plant Cell,2000)。また、抵抗性品種からCPD光修復酵素をコードする遺伝子のクローニングに成功した。現在、感受性品種からの遺伝子のクローニングを行っており、その一部は既に明らかにしている。
(2)光修復酵素の活性の低下が、紫外線感受性を導く主要因であることの検定
インド型UVB抵抗性品種で光回酵素復活性の高いMarich-batiと感受性品種農林1号を交配した後代株(F2、F3)を用いて、後代株の紫外線感受性と光修復酵素の親型との関係について解析を行い、農林1号の光修復酵素活性の低下が、紫外線感受性を決定している主な要因であることを実証する。(結果)イネSSRプライマーを用いたマイクロサテライト法によって、親株間でのイネ12染色体上での多型解析を行い、マーカーとなるプライマーの選択を行った。現在、後代株F3種子を獲得した。今後は、後代F3、150系統を材料に紫外線抵抗性の調査と、バルク間でのホモ型の多型を解析し、(1)で得られたcDNAをプローブに用いて、農林1号の光修復酵素活性の低下が、紫外線感受性を決定している主な要因であることを実証する。
(3)様々な植物葉から、高分子の状態でのDNAを抽出・電気泳動し、DNA上の損傷量(シクロブタン型ダイマー:CPD)を測定する方法を確立した。この方法の確立によって、より生体内でのDNA損傷量を反映した結果をえることができ、これまで知られていなかった、紫外線誘導CPDの生物学的意義の解析に貢献した(PV Bennet et al.Crop Science 2001)。

Research Products

• [Publications] J.Hidema: "UV radiation-sensitive Norin I rice contains defective cyclobutane pyrimidine dimer photolyase."The Plant Cell. 12. 1569-1578 (2000)
• [Publications] T.Kumagai: "Effects of supplemental UV-B radiation on the growth and yield of two cultivars of Japanese lowland rice (Oryza sativa L.) under the field in a cool rice-growing region of Japan."Agriculture, Ecosystems & Environment. 83. 201-208 (2001)
• [Publications] P.V.Bennet: "Isolation of high molecular length DNA : Alfalfa, Pea, Rice, Sorghum, Soybean and Spinach."Crop science. 41. 167-172 (2001)
• [Publications] J.Hidema: "Mechanisms of UVB-resistance in rice : Cultivar differences in the sensitivity to UVB radiation in rice."Gamma Field Symposia. 39(In press). (2001)