マイクロアレイによる遺伝子発現パターンを指標とした環境影響モニタリング手法の開発

• Project/Area Number: 14780432
• Research Category: Grant-in-Aid for Young Scientists (B)
• Allocation Type: Single-year Grants
• Research Field: 環境影響評価(含放射線生物学)
• Research Institution: National Institute for Environmental Studies
• Principal Investigator: 玉置 雅紀 独立行政法人国立環境研究所, 生物多様性研究プロジェクト, 主任研究員 (00311324)
• Project Period (FY): 2002 – 2003
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2003)
• Budget Amount: ¥3,200,000 (Direct Cost: ¥3,200,000); Fiscal Year 2003: ¥1,400,000 (Direct Cost: ¥1,400,000); Fiscal Year 2002: ¥1,800,000 (Direct Cost: ¥1,800,000)
• Keywords: シロイヌナズナ / 環境ストレス / モニタリング / マクロアレイ / ESTクローン / ミニマクロアレイ / オゾン / 各種ストレス / サブセットマクロアレイ

Research Abstract

植物は異なる環境ストレスに曝された場合に異なる遺伝子を発現することが知られている。本研究はこの性質を利用して、異なる環境ストレスを受けている植物での遺伝子発現パターンをDNAアレイ法により比較し、そのパターンの違いから植物に影響を及ぼす環境ストレスを事前に特定することができるモニタリング手法の開発を目的とする。
平成15年度は前年度に単離することができた12時間のオゾン暴露により発現変化するシロイヌナズナの245種類のESTクローンを用いてオゾンによる遺伝子発現を経時的にモニタリングできるかどうかの検証を行った。具体的にはこれらESTクローンを用いたサブセットマクロアレイを作成し、これを用いて12時間のオゾン暴露によるマクロアレイパターンと3,6,24時間のマクロアレイパターンを比較した。その結果、オゾン暴露12時間に対する3,6時間の遺伝子発現パターンの相関係数は低い値を示した(それぞれR-0.57,R=0.69)のに対して、24時間では高い値(R=0.82)を示した。このことから今回作成したサブセットマクロアレイによりオゾン暴露12時間から24時間までをモニタリングできることが明らかになった。次にこのサブセットマクロアレイにより他のストレス(乾燥、塩ストレス、酸性雨、UV-B、高温、低温)に曝した植物から単離したmRNAを用いた場合のマクロアレイパターンの検証を行なった。その結果、今回作製したサブセットマクロアレイにより全てのストレスを区別することができることが明らかになった。さらに、この結果を用いて、それぞれのストレスを区別するのに必要最小限な12種類のESTクローンを載せたミニマクロアレイを作成しその有用性を検証した。その結果、作成したミニマクロアレイによりオゾンを含む7種類の環境ストレスをアレイパターンにより区別することができた。これによりDNAチップを用いた環境ストレスモニタリング手法の確立ができたと考えられる。

Research Products

• [Publications] Masanori Tamaoki et al.: "Novel marker gene for assessment of behavior of transgenic plants in the field."Plant Biotechnology. 20. 225-227 (2003)
• [Publications] Motohide Ioki et al.: "Genomic Structure of the Cucumber CPD Photolyase Gene."OMICS Journal of Integrated Biology. 7. 203-209 (2003)
• [Publications] Machi Kanna et al.: "Isolation of ozone-sensitive and jasmonate-semi-insensitive Arabidopsis mutant (oji1)."Plant Cell Physiology. 44. 1301-1310 (2003)
• [Publications] Masanori Tamaoki et al.: "Transcriptome analysis of O_3-exposed Arabidopsis reveals that multiple signal pathways act mutually antagonistically to induce gene expression."Plant Molecular Biology. (In press). (2004)
• [Publications] Masanori Tamaoki et al.: "A method for diagnosis of plant environmental stresses by gene expression profiling using a cDNA macroarray."Environmental Pollution. (In press). (2004)
• [Publications] Naoko Asai et al.: "Compensation for lack of a cytosolic ascorbate peroxidase in an Arabidopsis mutant by activation of multiple antioxidative systems."Plant Science. (In press). (2004)
• [Publications] Masanori Tamaoki, et al.: "Differential ozone sensitivity among Arabidopsis accessions and its relevance to ethylene synthesis"Planta. 216. 552-560 (2003)
• [Publications] Masanori Tamaoki, et al.: "Light-controlled expression of a gene encoding L-galactono-γ-lactone dehydrogenase gene which affect ascorbate pool size in Arabidopsis thaliana"Plant Science. (In press). (2003)
• [Publications] Takashi Matsuyama, et al.: "cDNA microarray assessment for ozone-stressed Arabidopsis thaliana"Environmental Pollution. 117. 191-194 (2002)
• [Publications] Takashi Kato, et al.: "Expression of genes encoding late nodulins characterized by a putative signal peptide and conserved cysteine residues is reduced in ineffective pea nodules"Molecular Plant Microbe Interaction. 15. 129-137 (2002)
• [Publications] Nobuyoshi Nakajama: "Improvement in ozone tolerance of tobacco plants with an antisense DNA for 1-aminocyclopropane-1-carboxylase synthase"Plant Cell Environment. 25. 727-735 (2002)