2015 Fiscal Year Research-status Report
微生物・植物の硫黄代謝改変による有用物質生産・作物生産改善
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15KT0028
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| Research Institution | Tokyo University of Agriculture and Technology |
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Principal Investigator |
大津 直子 東京農工大学, (連合)農学研究科(研究院), 講師 (40513437)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
河野 祐介 奈良先端科学技術大学院大学, バイオサイエンス研究科, 研究員 (40558029)
大津 厳生 奈良先端科学技術大学院大学, バイオサイエンス研究科, 助教 (60395655)
丸山 明子 九州大学, 農学研究院, 准教授 (70342855)
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| Project Period (FY) |
2015-07-10 – 2019-03-31
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| Keywords | 硫黄代謝 / 微生物 / 植物 / 作物生産 / 物質生産 / チオ硫酸 / 硫黄源 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
[大腸菌・出芽酵母]大腸菌は、 生細胞内の代謝変化に伴う遺伝子の発現プロファイルを経時的に解析するレポーター遺伝子アッセイシステムの開発を行った。現時点で硫黄代謝関連遺伝子24個中、22遺伝子（約91%）がレポータープラスミドとして構築が完了した。一般的な形質転換法を用いて、構築した各レポータープラスミドを野生型大腸菌BW25113に導入することで、レポーター株を構築した。 出芽酵母は、ローダネーゼ活性によりチオ硫酸イオンを亜硫酸イオンに同化し、硫酸経路を介してホモシステインを合成していることを見出した。
[サルファーインデックス分析]モノブロモビマンで修飾されないタイプの硫黄代謝産物についても分析対象に追加する検討実験を行い、スルホシステインやシスチンなどの重要な硫黄化合物も検出可能な分析系に拡張した。これらは、実際の生体サンプル（植物、大腸菌、酵母、シアノバクテリアなど）での定量が可能であった。また近年生体での普遍的な存在が知られるようになった多硫化型のチオール含有アミノ酸を分析標的とする検討実験を行い、そのMS/MSの最適条件と溶出時間を決定し、サルファーインデックス解析に統合した。
[植物]モデル植物シロイヌナズナを用い、植物がチオ硫酸を体内に取り込むことを確認した。しかし多量にチオ硫酸を与えた場合生育が悪くなったため、硫酸ベースの水耕液に補助的にチオ硫酸を添加したところ、生育は良好となり、葉や鞘において、グルタチオンやシステインが増加することを観察した。また、硫黄欠乏条件で育てた植物に各種硫黄源を処理することで、植物が活用できる硫黄源を絞り込んだ。また、硫黄欠乏条件で育てた植物に各種硫黄源を処理することで、植物が活用できる硫黄源を絞り込んだ。硫酸イオン輸送体の発現調節機構を活用し、環境中のセレン酸・クロム酸検出系を構築した。
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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
平成２７年度は７月より研究を開始したが、１０か月間で初年度に計画していた、大腸菌におけるレポーター遺伝子アッセイシステムの開発システム、出芽酵母におけるチオ硫酸同化経路の同定、植物におけるチオ硫酸の利用やその効果、またその他の硫黄源の利用について、明らかにすることができた。サルファーインデックス解析についても、これまでよりも多くの含硫化合物の分析をできるように改良することができた。根粒菌については未調査であるが、実験の過程でチオ硫酸入り水耕液が約４日ですべて酸化されてしまうことが分かり、還元状態で生育する水田微生物における窒素固定に対する硫黄源の影響を解析したほうが良いと考えられ、次年度の計画に含むこととした。
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| Strategy for Future Research Activity |
大腸菌・酵母については、硫黄同化経路の遺伝子発現プロファイルと合わせて、各硫黄分子のチオール基をブロモビマン試薬で修飾しLC-MSMSを用いることで、硫黄のメタボローム解析も実施し、栄養シグナルに基づく物質生産の仕組みを明らかにする。
また光合成をおこなうシアノバクテリアで、硫黄源を硫酸塩やチオ硫酸塩としたときの硫黄代謝動態を解析し、システイン生産能を評価する。シアノバクテリアは水田で窒素固定を行い、イネに窒素を供給する微生物でもあるため、硫黄源の窒素固定活性への影響も調査する。
植物については、昨年度の結果を受け、還元状態で生育するイネについて、チオ硫酸を補足的に施用することによる生育や光合成活性への影響を調べる。また、シロイヌナズナではチオ硫酸施用により鞘での含硫アミノ酸量が増えたことから、これをダイズに応用し、開花期にチオ硫酸を施用することにより、種子中含硫アミノ酸が増加するかどうかを調べる。同時に、根粒における窒素固定活性への影響も調べる。また植物版TSRの有無を硫酸イオン輸送体の発現調節の面から解析する。さらに、硫酸イオン輸送体欠損酵母を用いて、植物の硫酸イオン輸送体がチオ硫酸や亜硫酸の吸収に寄与することを証明する。
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| Causes of Carryover |
研究分担者の大津巌生博士が、平成28年4月より筑波大学に着任することとなり、平成27年度2－3月の間、奈良先端大学院大学からの転出に伴い研究費の支出が減少した。 そのため、次年度に繰り越した。
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| Expenditure Plan for Carryover Budget |
転出期間に遅れた研究時間を、ディスポなどを活用し効率よく研究推進するために利用する。
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