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イネのカドミウム輸送機構の分子レベルでの解明と制御

研究課題

研究課題/領域番号 10J08989
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 植物栄養学・土壌学
研究機関東京大学

研究代表者

浦口 晋平  東京大学, 大学院・農学生命科学研究科, 特別研究員(PD)

研究期間 (年度) 2010 – 2012
研究課題ステータス 完了 (2012年度)
配分額 *注記
2,800千円 (直接経費: 2,800千円)
2012年度: 900千円 (直接経費: 900千円)
2011年度: 900千円 (直接経費: 900千円)
2010年度: 1,000千円 (直接経費: 1,000千円)
キーワード植物 / カドミウム / 輸送体 / カトミウム
研究概要

1.イネのカドミウムの節管輸送の動態解析とOsLCT1の関与の検証
カドミウムの2つの節管輸送の経路(葉から子実への再転流と,根から吸収したカドミウムの節での維管束移行を介した子実への輸送)の寄与を野生型イネおよびOsLCT1のRNAi株およびT-DNA株を用いて解析した。安定同位体をトレーサーとして用いた実験より,出穂後に根から吸収されたカドミウムの玄米への輸送がRNAi株およびT-DNA株で有意に低下していることを示した。ポジトロン核種を用いたイメージング解析により,下位節から上位節への移行効率がRNAi株で低下していることが示された。ウンカを用いた篩管液中カドミウムの評価方法をさらに改良し,野生型株とRNAi株の穂首の篩管液中カドミウムを測定したところ,RNAi株で有意に低下していた。これらの結果より,OsLCT1は出穂期以降の根から吸収されたカドミウムの節間移行の一端に寄与しており,カドミウムの上位節(穂)への輸送を制御していることが示された。
2.OsLCT1の変異系統の解析
OsLCT1遺伝子に変異をもつ化学変異源処理された突然変異系統について,酵母での輸送活性試験と圃場での表現型解析を実施した。試験した変異株のうち,コーディングシークエンスの途中でストップコドンとなる変異株は,酵母でのカドミウム輸送活性が消失した。国内の圃場でイネ変異株を生育させたところ,関東の一般的な圃場条件下では変異による生長への影響は認められなかった。カドミウムの玄米中濃度は,いくつかの系統で野生型株より低下する傾向が認められた。
3.イネのカドミウム耐性関連遺伝子の解析
昨年度までに単離したカドミウム耐性に関わるQTLについてF3の解析を実施した。カドミウム耐性を付与する3つのQTLを含むF3系統では,3つのQTLに関して感受性型の遺伝型をもつF3系統と比べて,カドミウムストレス条件下で耐性を示した。耐性系統の元素分析を網羅的に実施したところ,感受性品種であるコシヒカリと比べてカドミウムおよび他の必須元素の蓄積に有意な違いは検出されなかった。また,OsPCS1の機能解析をドイツ・バイロイト大学との共同研究により実施した。OsPCS1の複数のバリアントおよびOsPCS2を単離し,酵母のpcs変異株に導入して解析したところ,各クローンによって長鎖のファイトケラチンの合成能が違うことが示された。また,イネのT-DNA挿入株を用いた解析により,カドミウム耐性への寄与が示唆された。

現在までの達成度 (区分)
現在までの達成度 (区分)

1: 当初の計画以上に進展している

理由

研究課題の主要目標としていたカドミウムの篩管輸送のメカニズムと応用について,様々な解析万法によりカドミウムの維管束間移行実におけるOsLCTIの重要性を解明するとともに,OsLCTI遺伝子の変異株解析により,圃場レベルでの当該遺伝子の「低カドミウム品種」作出へ向けた有用性を示した。カドミウム耐性関連遺伝子の単離と応用に関しては,カドミウム耐性に関与する新規のQTLの有用性を示すとともに,OsPCS遺伝子の機能解析を大きく進展させた。

今後の研究の推進方策

低カドミウム品種確立へ向けて,本研究課題により単離されたOsLCTI遺伝子の変異系統の有効性をさらに検証する。具体的には,変異系統を野生型系統に戻し交雑して得られた後代を用いて,表現型と遺伝型の調査を行い,今後の育種へ向けた母本の確立を目指す。

報告書

(3件)
  • 2012 実績報告書
  • 2011 実績報告書
  • 2010 実績報告書
  • 研究成果

    (24件)

すべて 2013 2012 2011 2010 その他

すべて 雑誌論文 (8件) (うち査読あり 6件) 学会発表 (15件) 備考 (1件)

  • [雑誌論文] Rice breaks ground for cadmium-free cereals2013

    • 著者名/発表者名
      Shimpei URAGUCHI
    • 雑誌名

      Current Opinion in Plant Biology

      巻: (掲載確定) 号: 3 ページ: 328-334

    • DOI

      10.1016/j.pbi.2013.03.012

    • 関連する報告書
      2012 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] イネの新規カドミウム輸送体の発見と低カドミウム品種確立への展望2012

    • 著者名/発表者名
      浦口晋平
    • 雑誌名

      バイオサイエンスとインダストリー

      巻: 70 ページ: 216-217

    • NAID

      10030591985

    • 関連する報告書
      2012 実績報告書
  • [雑誌論文] Cadmium transport and tolerance in rice : perspectives for reducing grain cadmium2012

    • 著者名/発表者名
      Shimpei URAGUCHI
    • 雑誌名

      Rice

      巻: 5 号: 1

    • DOI

      10.1186/1939-8433-5-5

    • 関連する報告書
      2011 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Low-affinity cation transporter (OsLCT1) regulates cadmium transport into rice grains2011

    • 著者名/発表者名
      Shimpei URAGUCHI
    • 雑誌名

      Proceedings of the National Academy of Sciences, USA

      巻: 108 号: 52 ページ: 20959-20964

    • DOI

      10.1073/pnas.1116531109

    • 関連する報告書
      2011 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Rice ABCG43 Is Cd Inducible and Confers Cd Tolerance on Yeast2011

    • 著者名/発表者名
      Koshiro ODA
    • 雑誌名

      Bioscience, Biotechnology, and Biochemistry

      巻: 75 号: 6 ページ: 1211-1213

    • DOI

      10.1271/bbb.110193

    • NAID

      10029328652

    • ISSN
      0916-8451, 1347-6947
    • 関連する報告書
      2011 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Significant contribution of boron stored in seeds to initial growth of rice seedlings.2011

    • 著者名/発表者名
      Shimpei URAGUCHI
    • 雑誌名

      Plant and Soil

      巻: 340 ページ: 435-442

    • 関連する報告書
      2010 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] 植物の無機元素の輸送と環境応答ホウ素・ヒ素・カドミウム2011

    • 著者名/発表者名
      神谷岳洋
    • 雑誌名

      細胞工学

      巻: 30 ページ: 142-148

    • 関連する報告書
      2010 実績報告書
  • [雑誌論文] Engineering expression of the heavy metal transporter MerC in Saccharomyces cerevisiae for increased cadmium accumulation2010

    • 著者名/発表者名
      Masako KIYONO
    • 雑誌名

      Applied Microbiology and Biotechnology

      巻: 86 ページ: 753-759

    • 関連する報告書
      2010 実績報告書
    • 査読あり
  • [学会発表] Phloem-specific transporter OsLCT at nodes regulstes preferential Cd transport to upper nodes and grains2013

    • 著者名/発表者名
      Shimpei Uraguchi
    • 学会等名
      International Workshop on Plant Membrane Biology (IWPMB2013)
    • 発表場所
      倉敷・芸文館
    • 年月日
      2013-03-28
    • 関連する報告書
      2012 実績報告書
  • [学会発表] シロイヌナズナ硫酸輸送体Sultrl ; 2のヒ素耐性への関与2013

    • 著者名/発表者名
      西田翔
    • 学会等名
      第54回日本植物生理学会年会
    • 発表場所
      岡山大学
    • 年月日
      2013-03-23
    • 関連する報告書
      2012 実績報告書
  • [学会発表] Roles of a Pollen-specific Rice Boron Transporter, OsBOR4, in Reproduction2013

    • 著者名/発表者名
      田中伸裕
    • 学会等名
      第54回日本植物生理学会年会
    • 発表場所
      岡山大学
    • 年月日
      2013-03-21
    • 関連する報告書
      2012 実績報告書
  • [学会発表] Rice Cadmium Transporters and perspectives for reducing grain cadmium accumulation2012

    • 著者名/発表者名
      Shimpei Uraguchi
    • 学会等名
      COST ACTION FA 0905 - Mineral Improved crop production for healthy food and feed
    • 発表場所
      ポルトガル・リスボン(招待講演)
    • 年月日
      2012-10-24
    • 関連する報告書
      2012 実績報告書
  • [学会発表] シロイヌナズナの硫酸トランスポーター変異体のヒ素・カドミウム耐性の検討2012

    • 著者名/発表者名
      西田翔
    • 学会等名
      日本土壌肥料学会2012年鳥取大会
    • 発表場所
      鳥取大学
    • 年月日
      2012-09-04
    • 関連する報告書
      2012 実績報告書
  • [学会発表] 低窒素条件で生育に違いのあるイネ変異株のスクリーニング2012

    • 著者名/発表者名
      仲田積実
    • 学会等名
      日本土壌肥料学会2012年鳥取大会
    • 発表場所
      鳥取大学
    • 年月日
      2012-09-04
    • 関連する報告書
      2012 実績報告書
  • [学会発表] イネのカドミウム輸送機構2012

    • 著者名/発表者名
      浦口晋平
    • 学会等名
      第53回日本植物生理学会年会
    • 発表場所
      京都産業大学(招待講演)
    • 年月日
      2012-03-17
    • 関連する報告書
      2011 実績報告書
  • [学会発表] 地上部のカドミウム濃度に異常を示すイネ変異株の検索と解析2012

    • 著者名/発表者名
      梶川昌孝
    • 学会等名
      第53回日本植物生理学会年会
    • 発表場所
      京都産業大学
    • 年月日
      2012-03-16
    • 関連する報告書
      2011 実績報告書
  • [学会発表] イネ突然変異株の地上部および導管液のイオノーム解析2011

    • 著者名/発表者名
      齋藤彰宏
    • 学会等名
      日本土壌肥料学会2011年度つくば大会
    • 発表場所
      エポカルつくば
    • 年月日
      2011-08-09
    • 関連する報告書
      2011 実績報告書
  • [学会発表] Rice Cadmium Transporter Responsible for Grain Cadmium Accumulation2011

    • 著者名/発表者名
      Shimpei Uraguchi
    • 学会等名
      11th International Conference on the Biogeochemistry of Trace elements
    • 発表場所
      イタリア・フィレンツェ(招待講演)
    • 年月日
      2011-07-06
    • 関連する報告書
      2011 実績報告書
  • [学会発表] イネのカドミウム耐性関連遺伝子の検索と解析2011

    • 著者名/発表者名
      浦口晋平
    • 学会等名
      第52回日本植物生理学会年会
    • 発表場所
      東北大学(仙台市)
    • 年月日
      2011-03-11
    • 関連する報告書
      2010 実績報告書
  • [学会発表] イネ導管液のイオノーム解析に基づいた元素輸送変異株の大規模スクリーニング2011

    • 著者名/発表者名
      齋藤彰宏
    • 学会等名
      第52回日本植物生理学会年会
    • 発表場所
      東北大学(仙台市)
    • 年月日
      2011-03-11
    • 関連する報告書
      2010 実績報告書
  • [学会発表] A rice transporter involved in Cd accumulation in rice grains2011

    • 著者名/発表者名
      藤原徹
    • 学会等名
      第52回日本植物生理学会年会
    • 発表場所
      東北大学(仙台市)
    • 年月日
      2011-03-11
    • 関連する報告書
      2010 実績報告書
  • [学会発表] OsLCT1の発現制御による玄米へのカドミウム蓄積の抑制2010

    • 著者名/発表者名
      浦口晋平
    • 学会等名
      日本土壌肥料学会2010年度北海道大会
    • 発表場所
      北海道大学(札幌市)
    • 年月日
      2010-09-07
    • 関連する報告書
      2010 実績報告書
  • [学会発表] 玄米のカドミウム蓄積に関わるイネのカドミウム輸送体の解析2010

    • 著者名/発表者名
      浦口晋平
    • 学会等名
      第5回トランスポーター研究会
    • 発表場所
      東京医科大学(東京都)
    • 年月日
      2010-07-10
    • 関連する報告書
      2010 実績報告書
  • [備考]

    • URL

      http://www.a.u.-tokyo.ac.jp/topics/2011/20111213-1.html

    • 関連する報告書
      2011 実績報告書

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公開日: 2010-12-03   更新日: 2024-03-26  

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