共生工学の基盤技術開発によるファイトレメディエーションへの応用

• 研究課題/領域番号: 15208032
• 研究種目: 基盤研究(A)
• 配分区分: 補助金
• 応募区分: 一般
• 研究分野: 環境農学
• 研究機関: 大阪大学
• 研究代表者: 山下 光雄 (2004) 大阪大学, 大学院・工学研究科, 助教授 (40220347); 室岡 義勝 (2003) 大阪大学, 大学院・情報科学研究科, 教授 (60029882)
• 研究分担者: 小野 比佐好 大阪大学, 遺伝情報実験センター, 助手 (40224274) ; 林 誠 大阪大学, 大学院・工学研究科, 助手 (30291933) ; 山下 光雄 大阪大学, 大学院・工学研究科, 助教授 (40220347)
• 研究期間 (年度): 2003 – 2004
• 研究課題ステータス: 完了 (2004年度)
• 配分額: 36,920千円 (直接経費: 28,400千円、間接経費: 8,520千円); 2004年度: 7,540千円 (直接経費: 5,800千円、間接経費: 1,740千円); 2003年度: 29,380千円 (直接経費: 22,600千円、間接経費: 6,780千円)
• キーワード: 共生工学 / メタロチオネイン / ファイトケラチン / 重金属 / マメ科植物 / 根粒菌 / ファイトレメディエーション

研究概要

マメ科植物と根粒菌との共生系を利用して、生物的窒素固定能に加えて重金属集積などの有用機能を付与し発現する共生工学基盤技術を構築し、環境浄化に応用する目的で下記の研究を行った
1.共生工学基盤技術の開発:共生分子遺伝機構を解明するため、マメ科モデル植物のミヤコグサを用いて共生状態と非共生状態における遺伝子発現の違いをマクロアレー技術を用いて測定した。
2.メタロチオネイン4量体遺伝子およびファイトケラチン合成酵素遺伝子の根粒バクテロイド内での発現:メタロチオネイン4量体遺伝子とアラビドプシスより分離したファイトケラチン合成遺伝子をベクターにつないでレンゲソウ根粒菌Mesorhizobium fuakuii subsp. rengeiに導入し、この組換え根粒菌をレンゲソウ種子に感染させ根粒を形成させた。インサイチュハイブリダイゼーションにより根粒バクテロイド内で両遺伝子が発現していることが観察された。
3.根粒バクテロイドの輸送系の改変による植物組織への物質移動の試み:上記遺伝子を導入した組換え根粒菌は、野性株に比べて20倍のカドミウムの取り込みを示したが、この組換え菌をレンゲソウに接種して、根粒を形成させたところ、組換え根粒では野生型根粒の1.5-1.8倍のカドミウム蓄積にとどまった。これは根粒内への重金属取り込み能の不足と考えられた。そこで、金属イオンの膜透過に関与するシロイヌナズナのIRT1(iron-regulated transporter)遺伝子を取得し、上記組換え根粒菌株に組み込んだ。IRT1遺伝子を組み込んだ根粒菌はカドミウムを1.5倍近く取りこんだ。そこで、この組換え根粒菌をレンゲソウに感染させ、根粒を形成させた。
4.創生レンゲソウの重金属集積能試験:B3:PCS(IRT1)を感染して根粒形成させたレンゲソウを、カドミウムを含む人工土壌で生育させ、植物組織各部位のカドミウム濃度を測定した。その結果、IRT1遺伝子発現によるカドミウム集積能には差が見られなかった。したがって、根粒内における根粒菌によるカドミウム集積の限定要因は、植物細胞によるものだと考えられた。
5.土壌のファイトレメディエーション:稲田の土壌を用いて組換えレンゲソウを栽培して、カドミュウム浄化能を試験した。非組換え根粒菌を感染させたレンゲソウでは、汚染人工土壌中のカドミウム取り込み効率が約0.4%であったのに対して、MTL4およびAtPCSの2つの重金属結合遺伝子を組み込んだ根粒菌を感染させたレンゲソウは、同程度のカドミウムに汚染されたフィールド土壌中のカドミウムを約9%も吸収していた。

研究成果

• [雑誌論文] Root hair abundant genes LjRH101 and LjRH102 encode peroxidase and xyloglucan endotransglycosylase in Lotus japonicus (2005)
  • 著者名/発表者名: T.Maekawa
  • 雑誌名: Journal of Bioscience and Bioengineering 99(1) ページ: 84-86
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [雑誌論文] Plastid proteins crucial for symbiotic fungal and bacterial entry into plant roots. (2005)
  • 著者名/発表者名: H.Imaizumi-Anraku
  • 雑誌名: Nature 433 ページ: 527-531
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [雑誌論文] EspB from enterohaemorrhagic Escherichia coli is a natively partially folded protein. (2005)
  • 著者名/発表者名: D.Hamada
  • 雑誌名: FEBS Journal 272 ページ: 756-768
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [雑誌論文] Expression of a Major House Dust Mite Allergen Gene from Dermatophagoides farinae in Lotus japonicus accession Miyakojima MG-20 (2005)
  • 著者名/発表者名: T.Kato
  • 雑誌名: Journal of Bioscience and Bioengineering 99(2) ページ: 165-168
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [雑誌論文] Lotus burttii takes a position of the third corner in the Lotus molecular genetics triangle (2005)
  • 著者名/発表者名: Kawaguchi, M
  • 雑誌名: DNA Reseach 99(2)(in press)
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [雑誌論文] Plastid proteins crucial for symbiotic fungal and bacterial entry into plant roots. (2005)
  • 著者名/発表者名: H.Imaizumi-Anraku^*, N.Takeda^*, M.Charpentier, J.Perry, H.Miwa, Y.Umehara, H.Kouchi, Y Murakami, L.Mulder, K.Vickers, J.Pike, A.Downie, T.Wang, S.Sato, E.Asamizu, S.Tabata, M.Yoshikawa, Y.Murooka, G.-J.Wu, M.Kawaguchi, S.Kawasaki, M.Parniske, M.Hayashi (^*These authors contributed equally to this work)
  • 雑誌名: Nature 433 ページ: 527-531
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [雑誌論文] Root hair abundant genes LjRH101 and LjRH102 encode peroxidase and xyloglucan endglycosylase in Lotus japonicus. (2005)
  • 著者名/発表者名: Maekawa T, Hayashi M, Murooka Y.
  • 雑誌名: J.Biosci.Bioeng. 99(1) ページ: 84-86
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [雑誌論文] EspB from enterohaemorrhagic Escherichia coli is a natively partially folded protein. (2005)
  • 著者名/発表者名: D.Hamada, T.Kato, T.Ikegami, K.N.Suzuki, M.Hayashi, Y.Murooka, T.Honda, I.Yanagihara.
  • 雑誌名: FEBS Journal 272 ページ: 756-768
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [雑誌論文] Lotus burttii takes a position of the third corner in the Lotus molecular genetics triangle. (2005)
  • 著者名/発表者名: Kawaguchi, M.^*, Pedrosa-Harand, A.^*, Yano, K.^*, Hayashi, M., Murooka, Y, Saito, K., Namai, K., Nishida, H., Shibata, D., Sato, S., Tabata, S., Sandal, N, Stougaard, J., Bachmair, A., Grant, WF.(^*These authors contributed equally to this work)
  • 雑誌名: DNA Res. (in press)
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [雑誌論文] Expression of a Major House Dust Mite Allergen Gene from Dermatophagoides farinae in Lotus japonicus accession Miyakojima MG-20. (2005)
  • 著者名/発表者名: T.Kato, Y.Goto, M.Hayashi, K.Ono, Y.Murooka
  • 雑誌名: J.Biosci.Bioeng. (in press)
  • NAID: 110002695643
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [雑誌論文] Root hair abundant genes LjRH1Ol and LjRH102 encode peroxidase and xyloglucan endglycosylase in Lotus japonicus. (2005)
  • 著者名/発表者名: T.Maekawa
  • 雑誌名: Journal Bioscience and Bioengineering 99(1) ページ: 84-86
• [雑誌論文] Lotus burttii takes a position of the third corner in the Lotus molecular genetics triangle (2005)
  • 著者名/発表者名: Kawaguchi, M
  • 雑誌名: DNA Research (in press)
• [雑誌論文] Expression of a Major House Dust Mite Allergen Gene from Dermatophagoides farinae in Lotus japonicus accession Miyakojima MG-20. (2005)
  • 著者名/発表者名: Tomoaki Kato
  • 雑誌名: Journal Bioscience and Bioengineering (in press)
• [雑誌論文] Pollen development and tube growth are affected in the symbiotic mutant of Lotus japonicus, crinkle. (2004)
  • 著者名/発表者名: M.Tansengco
  • 雑誌名: Plant and Cell Physiology 45(5) ページ: 511-520
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [雑誌論文] Molecular analysis of promoter elements from Propionibacterium freudenreichii. (2004)
  • 著者名/発表者名: Y-Z.Piao, N.Kawaraichi, R.Asegawa, P.Kiatpapan, H.Ono, M.Yamashita, Y.Murooka.
  • 雑誌名: J.Biosci.Bioeng. 97(5) ページ: 310-316
  • NAID: 110002665304
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [雑誌論文] Production of vitamin B_<12> in genetically engineered Propionibacterium freudenreichii. (2004)
  • 著者名/発表者名: Y.-Z.Piao, M.Yamashita, N.Kawaraichi, R.Asegawa, H.Ono, Y.Murooka.
  • 雑誌名: J.Biosci.Bioeng. 98(3) ページ: 167-173
  • NAID: 110002665354
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [雑誌論文] Effect of expression of hemA and hemB genes on production of porphyrin in Propionibacterium freudenreichii. (2004)
  • 著者名/発表者名: Y-Z.Piao, P.Kiatpapan, M.Yamashita, Y.Murooka.
  • 雑誌名: Appl.Enviroment.Microbiol. 70(12) ページ: 7561-7566
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [雑誌論文] Expression islands clustered on the symbiosis island of the Mesorhizobium loti genome. (2004)
  • 著者名/発表者名: Uchiumi, T., Ohwada, T.Itakura, M., Mitsui, H., Nukui, N., Dawadi, P., Kaneko, T.Tabata, S., Yokoyama, T., Tejima, T., Saeki, K., Omori, H., Hayashi, M., Maekawa, T., Sriprang, R., Murooka, Y., Tajima, S., Simomura, K., Nomura, M., Suzuki, A., Shimoda, Y., Sioya, K., Abe, M., Minamisawa, K.
  • 雑誌名: J.Bacteriol. 186(8) ページ: 2439-2448
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [雑誌論文] Pollen development and tube growth are affected in the symbiotic mutant of Lotus japonicus, crinkle. (2004)
  • 著者名/発表者名: M.Tansengco, H.Imaizumi-Anraku, M.Yoshikawa, S.Takagi, M.Kawaguchi, M.Hayashi, Y.Murooka.
  • 雑誌名: Plant Cell Physiol. 45(5) ページ: 511-520
  • NAID: 10012938459
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [雑誌論文] Pollen development and tube growth are affected in the symbiotic mutant of Lotus japonicus, crinkle. (2004)
  • 著者名/発表者名: M.Tansengco
  • 雑誌名: Plant Cell Physiology 45(5) ページ: 511-520
• [雑誌論文] Enhanced accumulation of Cd^<2+> by a Mesorhizobium sp.transformed with a gene from Arabidopsis thaliana coding for phytochelatin synthase. (2003)
  • 著者名/発表者名: R.Sriprang, M.Hayashi, H.Ono, M.Takagi, K.Hirata, Y.Murooka.
  • 雑誌名: Appl.Environ.Microbiol. 69(3) ページ: 1791-1796
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [雑誌論文] crinkle, a novel symbiotic mutant that affects the infection thread growth and alters the root hair, trichome, and seed development in Lotus japonicus. (2003)
  • 著者名/発表者名: M.Tansengco, M.Hayashi, M.Kawaguchi, H.Imaizumi, Y.Murooka.
  • 雑誌名: Plant Physiol. 131 ページ: 1054-1063
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [図書] Biotechnology in Agriculture and Forestry, Vol.52 (eds. Nagata/Tabata) (2003)
  • 著者名/発表者名: K.Harada (共著)
  • 出版者: Springer-Verlag, Berlin, Heidelberg
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [文献書誌] R.Sriprang: "Enhanced accumulation of Cd^<2+> by a Mesorhizobium sp. transformed with a gene from Arabidopsis thaliana coding for phytochelatin synthase"Applied and Environmental Microbiology. 69(3). 1791-1796 (2003)
• [文献書誌] M.Tansengco: "Crinkle, a novel symbiotic mutant that affects the infection thread growth and alters the root hair, trichome, and seed development in Lotus japonicus"Plant Physiology. 131. 1054-1063 (2003)
• [文献書誌] 室岡義勝: "共生工学による環境修復"日本農芸化学会誌. 77(2). 146-149 (2003)
• [文献書誌] Uchiumi T: "Expression islands clustered on island of Mesorhizobium loti genome"Journal of Bacteriology. (in press). (2004)
• [文献書誌] 室岡義勝: "高機能プロバイオティクスとしての乳酸菌L137株"日本乳酸菌学会誌. 14(2)(in Press). (2004)
• [文献書誌] P.Kiatpapan(共著): "ACS Symposium Series 862 Fermentation Biotechnology"American Chemical Society, Washington,DC (ed.B.C.Saha). 221-232 (2003)
• [文献書誌] 平山令明(翻訳・共訳): "タンパク質ハンドブック"丸善(株). 540 (2003)