イネの有害元素集積を制御する遺伝子の同定と応用

2014 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 24248014
• Research Institution: Okayama University
• Principal Investigator: 馬 建鋒 岡山大学, その他部局等, 教授 (80260389)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 山地 直樹 岡山大学, その他部局等, 准教授 (00444646) ; 三谷 奈見季 岡山大学, その他部局等, 助教 (40581020)
• Project Period (FY): 2012-04-01 – 2015-03-31
• Keywords: イネ / カドミウム / ヒ素 / 輸送体 / 品種間差

Outline of Annual Research Achievements

7069（日本晴）と7263（低カドミウム集積）とのマッピング集団を作成して、カドミウム集積に関与するQTL解析を行った。その結果、染色体4, 6, 11と12にQTLが検出された。そのうち、染色体４番と１２番に検出されたQTLは新規で、６番と１１番のQTLは他の集団で検出されたQTLと同じであった。また7050ｘ7068の集団で検出された二つのQTLについて、F3とF4集団を用いて、更なるマッピングを行った。その結果、７番染色体のQTLは300ｋｂまで狭めることができ、また１番染色体のQTLは1.2Mbに狭められた。
カドミウム集積に関与する遺伝子OsHMA3について更なる解析を行った。OsHMA3を過剰発現させると、カドミウム耐性が高まった。またOsHMA3は亜鉛も輸送するため、根での亜鉛の濃度は過剰発現体で高かったが、地上部では野生型と同じであった。これは亜鉛の輸送に関与する四つの遺伝子がOsHMA3過剰発現体で常に高く発現していた。さらにOsHMA2プロモーターの下流にOsHMA3をつけたコンストラクトを作成して、形質転換体を作成した。その結果、種子のカドミウム濃度が大幅に減少した。
カドミウム超集積植物グンバイナズナで、NcNrmap1がカドミウムの超集積に関与することを突き止めた。NcNramp1は細胞膜に局在し、カドミウムに対して特異的に輸送活性を示した。また根の内皮細胞に局在していた。この遺伝子をシロイヌナズナに発現させると、カドミウム耐性が低下した。
一方、イネのOsABCC1はヒ素の耐性と種子への分配に関与していることを突き止めた。OsABCC1は特に節の篩部伴細胞の液胞膜に局在して、この遺伝子を破壊すると、節でのヒ素の集積が減少し、種子のヒ素集積が大幅に増加した。

Research Progress Status

26年度が最終年度であるため、記入しない。

Strategy for Future Research Activity

26年度が最終年度であるため、記入しない。

Research Products

• [Journal Article] A rice ABC transporter, OsABCC1, reduces arsenic accumulation in the grain (2014)
  • Author(s): Song, W. Y., Yamaki, T., Yamaji, N., Ko, D., Jung, K. H., Fujii-Kashino, M., An, G., Martinoia, E., Lee, Y. and Ma, J. F.
  • Journal Title: Proc Natl Acad Sci USA Volume: 111 Pages: 15699-15704
  • DOI: doi: 10.1073/pnas.1414968111
  • Peer Reviewed / Open Access / Acknowledgement Compliant
• [Journal Article] Overexpression of OsHMA3 enhances Cd tolerance and expression of Zn transporter genes in rice (2014)
  • Author(s): Sasaki, A., Yamaji , N. and Ma, J. F. 2014.
  • Journal Title: J. Exp. Bot. Volume: 65 Pages: 6013-6021
  • DOI: .doi.org/10.1016/j.tplants.2014.05.007
  • Peer Reviewed / Acknowledgement Compliant
• [Journal Article] Root and shoot transcriptome analysis of two ecotypes of Noccaea caerulescens uncovers the role of NcNramp1 in Cd hyperaccumulation. (2014)
  • Author(s): Milner, M., Mitani-Ueno, N., Yamaji, N., Yokosho, K., Craft, E., Fei, Z., Ebbs, S., Zambrano, M., Ma, J. F*. Kochian, L
  • Journal Title: Plant J Volume: 78 Pages: 398-410
  • DOI: doi: 10.1111/tpj.12480
  • Peer Reviewed / Acknowledgement Compliant
• [Journal Article] The node, a hub for nutrient distribution in gramineous plants (2014)
  • Author(s): Yamaji, N. and Ma, J. F.
  • Journal Title: Trends in Plant Sci. Volume: 19 Pages: 556-563
  • DOI: doi.org/10.1016/j.tplants.2014.05.007
  • Peer Reviewed / Acknowledgement Compliant
• [Presentation] Transporters involved in cadmium accumulation in plants (2014)
  • Author(s): Ma, J. F.
  • Organizer: Development of “Knowledge about Agriculture” through the International Collaboration between the University of Tokyo, Japan and the Southwest University, China
  • Place of Presentation: Tokyo, Japan
  • Year and Date: 2014-09-12 – 2014-09-13
  • Invited
• [Presentation] Physiological and genetic characterization of two rice cultivars differing in Cd accumulation (2014)
  • Author(s): 鄧 鋒林・福岡修一・正村純彦・安藤 露・馬 建鋒
  • Organizer: 日本土壌肥料学会年会
  • Place of Presentation: 東京
  • Year and Date: 2014-09-09 – 2014-09-11
• [Remarks]
  • URL: http://www.rib.okayama-u.ac.jp/plant.stress/index-j.html