高等植物ミトコンドリアゲノム形質転換系の確立

• 研究課題/領域番号: 05J12041
• 研究種目: 特別研究員奨励費
• 配分区分: 補助金
• 応募区分: 国内
• 研究分野: 育種学
• 研究機関: 東京大学
• 研究代表者: 藤本 優 東京大学, 大学院・農学生命科学研究科, 特別研究員(DC1)
• 研究期間 (年度): 2005 – 2007
• 研究課題ステータス: 完了 (2007年度)
• 配分額: 2,700千円 (直接経費: 2,700千円); 2007年度: 900千円 (直接経費: 900千円); 2006年度: 900千円 (直接経費: 900千円); 2005年度: 900千円 (直接経費: 900千円)
• キーワード: ミトコンドリア / ゲノム形質転換法

研究概要

本年度の研究によって得られた知見を以下に記す。
(1)遺伝子銃を用いたシロイヌナズナ巨大化ミトコンドリアに対する遺伝子導入処理
前年度に作出に成功した巨大化ミトコンドリアを持つシロイヌナズナ成葉に対して、遺伝子銃を用いたミトコンドリアへの遺伝子導入を試みた。遺伝子導入処理には、ミトコンドリアatp6遺伝子発現調節領域によるGFP遺伝子の発現誘導を想定したベクターを用いて行った。しかし、ミトコンドリア内において導入遺伝子の発現を検出することは出来なかった。この結果を受けて、その原因の追究と技術的な改善を達成する為、以下の研究を行った。
(2)巨大化ミトコンドリア内における核様体構造の解析
ミトコンドリア内へ導入された遺伝子が正常に発現するためには、その核様体近傍への導入が必須の条件である。しかし、巨大化ミトコンドリア内における核様体のサイズが野生型と同程度であるとすれば、遺伝子導入に用いる金粒子のサイズとの関係上、直接的な遺伝子が導入困難であると予測される。そこで、超巨大化ミトコンドリア内の核様体サイズを検証した。Syber Green 1を用いた観察の結果、シロイヌナズナ成葉における超巨大化ミトコンドリア内の核様体は野生型と比べ、2〜3倍程度の直径を持つことが明らかとなった。しかし、細胞当りの核様体シグナルの数は減少しており、ミトコンドリア核様体への遺伝子導入の障壁となっている可能性が考えられた。
(3)卵細胞ミトコンドリアを可視化したシロイヌナズナの作製
高等植物の卵細胞ミトコンドリアに関して、これまでの先行研究から、その形態が巨大かつその内部に大量のDNAが包含されていることが報告されている。そこで本研究では、レーザーマイクロインジェクション法によるこの卵細胞ミトコンドリアへの直接的な遺伝子導入を目指し、まず卵細胞ミトコンドリアを特異的に可視化した形質転換シロイヌナズナ系統を作製した。
ミトコンドリア内へ導入された遺伝子が正常に発現するためには、その核様体近傍への導入が必須の条件である。しかし、巨大化ミトコンドリア内における核様体のサイズが野生型と同程度であるとすれば、遺伝子導入に用いる金粒子のサイズとの関係上、直接的な遺伝子が導入困難であると予測される。そこで、超巨大化ミトコンドリア内の核様体サイズを検証した。Syber Green 1を用いた観察の結果、シロイヌナズナ成葉における超巨大化ミトコンドリア内の核様体は野生型と比べ、2〜3倍程度の直径を持つことが明らかとなった。しかし、細胞当りの核様体シグナルの数は減少しており、ミトコンドリア核様体への遺伝子導入の障壁となっている可能性が考えられた。
(3)卵細胞ミトコンドリアを可視化したシロイヌナズナの作製
高等植物の卵細胞ミトコンドリアに関して、これまでの先行研究から、その形態が巨大かつその内部に大量のDNAが包含されていることが報告されている。そこで本研究では、レーザーマイクロインジェクション法によるこの卵細胞ミトコンドリアへの直接的な遺伝子導入を目指し、まず卵細胞ミトコンドリアを特異的に可視化した形質転換シロイヌナズナ系統を作製した。

研究成果

• [雑誌論文] Imaging of plant dynamin-related proteins and clathrin around the plasma membrane by variable incidence angle fluorescence microscopy. (2007)
  • 著者名/発表者名: Masaru Fujimoto, Shinichi Arimura, Mikio Nakazono and Nobuhiro Tsutsum
  • 雑誌名: Plant Biotecnology 24 ページ: 449-455
  • 査読あり
• [雑誌論文] Rice NON-YELLOW COLORING1 Is Involved in Light-Harvesting Complex II and Grana Degradation during Leaf Senescence. (2007)
  • 著者名/発表者名: Makoto Kusaba, Hisashi lto, Ryouhei Morila, Shuichilida, Yutaka Sato, Masaru Fuiimoto, Shinji Kawasaki, Ryouichi Tanaka, Hirohiko Hirochika, Minoru Nishimura and Ayumi Tanaka
  • 雑誌名: Plant Cell 19 ページ: 1362-1375
  • 査読あり
• [雑誌論文] Loss of the rp132 gene from the chloroplast genome and subsequent acquisition of a preexisting transit peptide within the nuclear gene in Populus. (2007)
  • 著者名/発表者名: Minoru Ueda, Masaru Fufimoto, Shin-ichi Arimura, Jin Murata, Nobuhiro Tsutsumi, Koh-ichi Kadowaki
  • 雑誌名: Gene 402 ページ: 51-56
  • 査読あり
• [雑誌論文] Ethylene Promotes Submergence-induced Expression of OsABA8ox1, a Gene that Encodes ABA8'-Hydroxylase in Rice (2007)
  • 著者名/発表者名: Hiroaki Saika, Masanori Okamoto, Kentaro Miyoshi, Tetsuo Kushiro, Shoko Shinoda, Yusuke Jikumaru, Masaru Fujimoto, Taku Arikawa, Hirokazu Takahashi, Miho Ando, Shin-ichi Arimura, Akio Miyao, Hirohiko Hirochika, Yuji Kamiya, Nobuhiro Tsutsumi, Eiji Nambara, Mikio Nakazono
  • 雑誌名: Plant Cell Physiology 48 ページ: 287-298
• [雑誌論文] Rice NON-YELLOW COLORING1 Is Involved in Light-Harvesting Complex II and Grana Degradation during Leaf Senescence. (2007)
  • 著者名/発表者名: Makoto Kusaba, Hisashi Ito, Ryouhei Morita, Shuichi Iida, Yutaka Sato, Masaru Fujimoto, Shinji Kawasaki, Ryouichi Tanaka, Hirohiko Hirochika, Minoru Nishimura, Ayumi Tanaka
  • 雑誌名: Plant Cell (In press)
• [雑誌論文] Mitochondrial Fission Regulator, DRP3B Does Not Regulate Cell Death in Plants (2006)
  • 著者名/発表者名: Keiko Yoshinaga, Masaru Fujimoto, Shin-ichi Arimura, Nobuhiro Tsutsumi, Hirofumi Uchimiya, Maki Kawai- Yamada
  • 雑誌名: Annals of Botany 97 ページ: 1145-1149
• [雑誌論文] Evidence for Transit Peptide Acquisition Through Duplication and Subsequent Frameshift Mutation of a Preexisting Protein Gene in Rice. (2006)
  • 著者名/発表者名: Minoru Ueda, Masaru Fujimoto, Shin-ichi Arimura, Nobuhiro Tsutsumi, Koh-ichi Kadowaki
  • 雑誌名: Molecular Biology and Evolution 23 ページ: 2405-2412
• [雑誌論文] Conservation and Diversification of Meristem Maintenance Mechanism in Oryza sativa : Function of the FLORAL ORGAN NUMBER2 Gene. (2006)
  • 著者名/発表者名: Takuya Suzaki, Taiyo Toriba, Masaru Fujimoto, Nobuhiro Tsutsumi, Hidemi Kitano, Hiro-Yuki Hirano
  • 雑誌名: Plant Cell Physiology 47 ページ: 1591-1602
• [雑誌論文] Mitochondrial Fission Regulator, DRP3B Does Not Regulate Cell Death in Plants. (2006)
  • 著者名/発表者名: Keiko Yoshinaga, Masaru Fujimoto, Shin-ichi Arimura, Nobuhiro Tsutsumi, Hirofumi Uchimiya, Maki Kawai-Yamada
  • 雑誌名: Annals of Botany (in press)
• [学会発表] シロイヌナズナダイナミン様タンパク質DRP3AとDRP3Bのオルガネラ分裂における機能 (2008)
  • 著者名/発表者名: 藤本 優、有村 慎一、中園 幹生、真野 昌二、近藤 真紀、西村 幹夫、齊藤 知恵子、中野 明彦、堤 伸浩
  • 学会等名: 第49回日本植物生理学会年会
  • 発表場所: 札幌コンベンションセンター
• [図書] 植物細胞工学シリーズ22号 「新版 植物の細胞を見る実験プロトコール」1-4 共焦点レーザー顕微鏡 (2006)
  • 著者名/発表者名: 藤本 優, 堤 伸浩, 有村 慎一
  • 総ページ数: 6
  • 出版者: 秀潤社
• [図書] 植物細胞工学シリーズ22号「新版 植物の細胞を見る実験プロトコール」1-4 共焦点レーザー顕微鏡 (2006)
  • 著者名/発表者名: 藤本 優, 堤 伸浩, 有村 慎一
  • 総ページ数: 6
  • 出版者: 秀潤社(印刷中)