分子シグナル解析によるストレス抵抗性植物の育種基盤

2010 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 20380004
• Research Institution: Saitama University
• Principal Investigator: 内宮 博文 埼玉大学, 環境科学研究センター, 教授 (50142229)
• Keywords: ストレス応答 / シグナル因子 / NAD / 補酵素 / 代謝物 / 遺伝子 / 酸化還元反応 / 分子育種

Research Abstract

ニコチンアミドヌクレオチドは、植物のみならず、すべての生物の生存に必須な代謝物である。本研究では植物の分子シグナルとしての当該物質の代謝プロフィルにおける挙動を探るための研究を展開した。具体的には、イネやシロイヌナズナ(アラビドプシス)を用いて、NAD生産に関与する代謝系遺伝子を植物に導入し、育成した材料を用い、二酸化炭素や光強度に対する植物バイオマスの生産能力を比較検討した。また、アミノ酸、有機酸などの基本的な代謝産物の挙動を、質量分析装置を用いて解析した。本研究で示された様なメタボローム解析の例は、これまで報告例が少ない。得られた結果を総合すると、エネルギー源として有用な代謝系の活性化が、単子葉、双子葉植物で共通して存在することが明らかになった。
特に、高二酸化炭素ストレス下では、窒素栄養条件が制限因子であり、炭素と窒素バランスが極めて重要であることを明らかにした。代謝系のシグナル分子として、デノボ合成により生産されたNADの重要性が指摘された。また、イネとアラビドプシスでは、光条件に応答した代謝変動に生理学的な違いのあることが判明した。即ち、強光適応植物であるイネは、ストレス条件でも効率的な光合成能力を示すことがデターとして示された。このような反応は、双子葉植物アラビドプシスでは観察されなかった。今後、以上の知見を土台として、植物分子育種の有効な基盤を提示し、現場への応用を推進する計画である。

Research Products

• [Journal Article] Nicotinate/nicotinamide mononucleotide adenyltransferase-mediated regulation of NAD biosynthesis protects guard cells from reactive oxygen species in ABA-mediated stomatal movement in Arabidopsis (2010)
  • Author(s): Hashida, S-N., Takahashi, H., Takahara, K., Nagano, M., Kawai-Yamada, M., Shoji, K., Goto, F., Yoshihara, T., Uchimiya, H.
  • Journal Title: Journal of Experimental Botany Volume: 61 Pages: 3813-3825
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Metabolome and photochemical analysis of rice plants over-expressing Arabidopsis NAD kinase gene (2010)
  • Author(s): Takahara, K., Kasajima, I., Takahashi, H., Hashida, S., Itami, T, Onodera, H., Toki. S., Yanagisawa, S, Kawai-Yamada, M., Uchimiya, H.
  • Journal Title: Plant Physiology Volume: 152 Pages: 1863-1873
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Targeted metabolomics in an intrusive weed, Rumex obtusifolius L., grown under different environmental conditions reveals alterations of organ related metabolite pathway (2010)
  • Author(s): Miyagi, A., Takahara, K., Takahashi, H., Kawai-Yamada, M., Uchimiya, H.
  • Journal Title: Metabolomics Volume: 6 Pages: 497-510
  • Peer Reviewed
• [Presentation] 光阻害耐性のイネ品種間差 (2011)
  • Author(s): 笠島一郎、高原健太郎、川合真紀、内宮博文
  • Organizer: 日本育種学会第117会講演会
  • Place of Presentation: 京都大学吉田キャンパス
  • Year and Date: 2011-03-27
• [Presentation] 強害帰化雑草エゾノギシギシの器官別メタボローム解析 (2010)
  • Author(s): 宮城敦子, 高原健太郎, 川合真紀, 内宮博文
  • Organizer: 第5回メタボロームジンポジウム
  • Place of Presentation: 慶応義塾大学先端生命科学研究所(山形)
  • Year and Date: 20100909-11
• [Book] Programmed Cell Death in Plants, Abiotic Stress Adaptation in Plants : Physiological (2010)
  • Author(s): Das, A., Kawai-Yamada, M., Uchimiya, H.
  • Total Pages: 12
  • Publisher: Molecular and Genomic Foundation (Spreiger)