緑藻のストレス応答遺伝子の導入による砂漠緑化・食糧増産に貢献できる耐性植物の作出

• 研究課題/領域番号: 15310054
• 研究種目: 基盤研究(B)
• 配分区分: 補助金
• 応募区分: 一般
• 研究分野: 環境技術・環境材料
• 研究機関: 大阪大学
• 研究代表者: 平田 收正 (平田 収正) 大阪大学, 薬学研究科, 助教授 (30199062)
• 研究分担者: 宮坂 均 関西電力株式会社, 総合技術研究所, チーフリサーチャー
• 研究期間 (年度): 2003 – 2005
• 研究課題ステータス: 完了 (2005年度)
• 配分額: 15,500千円 (直接経費: 15,500千円); 2005年度: 3,600千円 (直接経費: 3,600千円); 2004年度: 4,800千円 (直接経費: 4,800千円); 2003年度: 7,100千円 (直接経費: 7,100千円)
• キーワード: 緑藻 / ストレス応答反応 / フィトケラチン / アブシジン酸 / 重金属 / 活性酸素 / ストレス耐性植物 / 抗酸化酵素

研究概要

(1)微細藻類における重金属抱合ペプチド、フィトケラチンの機能
フィトケラチン(PC)の合成は、植物ではCdで最も強く誘導される。これに対し本研究では、海産性緑藻Dunaliella tertiolectaにおいては、CdではなくZnで最も強く誘導されることを明らかにした。強い重金属無毒化能や活性酸素消去能を持つPCを毒性の低いZnで大量に合成誘導できるこの特性は、環境浄化や食糧増産に有用な重金属高濃縮植物や酸化ストレス耐性植物を作出する上で、非常に有用である。
これまでPCは真核生物でのみ合成されるとされていたが、本研究により原核生物のラン藻にもPC合成酵素遺伝子が存在することが明らかとなった。そこで、Nostoc sp.PCC7120由来のPC合成酵素(NsPCS)を高等植物Arabidopsis由来の酵素(AtPCS1)と比較したところ、NsPCSは、AtPCS1のN末端側の約半分の配列しか持たず、またAtPCSが触媒する2反応のうち第一段階の反応のみを触媒し、さらにAtPCS1が重金属によって活性化されるのに対し重金属非存在下でも活性を示すことを確認した。これは原核生物においてPC合成酵素の存在を証明した初めての成果であり、また重金属によるPC合成酵素の活性化機構を解明する上でも非常に有用な情報である。
(2)微細藻類におけるアブシジン酸の機能
アブシジン酸(ABA)は、高等植物では様々なストレス緩和反応を誘導するシグナル物質として知られているが、同じ真核光独立栄養生物である緑藻では、その生理作用はほとんど明らかになっていない。そこで、緑藻Chlamydomonas reinhardtiiを材料として、ABAの作用と生合成調節機を解析した結果、ABAは本株でもシグナル物質として機能するが、植物とは異なり酸化ストレス緩和に限定された反応を誘導し、さらに生合成系の律速酵素の遺伝子発現も、植物とは異なり酸化ストレスで特異的に誘導されることを確認した。このような特性を利用すれば、植物において特定のストレス緩和反応のみを強く誘導することが可能であることから、実用的なストレス耐性植物作出に向けて非常に有用な情報である。

研究成果

• [雑誌論文] Comparative analysis of the two-step reaction catalyzed by prokaryotic and eukaryotic phytochelatin synthase by an ion-pair liquid chromatography assay. (2005)
  • 著者名/発表者名: Naoki Tsuji
  • 雑誌名: Planta 222・ ページ: 181-191
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [雑誌論文] Biosynthetic regulation of phytochelatins, heavy metal-binding peptides. (2005)
  • 著者名/発表者名: Kazumasa Hirata
  • 雑誌名: Journal of Bioscience and Bioengineering 100・ ページ: 593-599
  • NAID: 110002978287
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [雑誌論文] Comparative analysis of the two-step reaction catalyzed by prokaryotic and eukaryotic phytochelatin synthase by an ion-pair liquid chromatography assay. (2005)
  • 著者名/発表者名: Tsuji, N., Nishikori, S., Iwabe, O., Matsumoto, S., Shiraki, K., Miyasaka, H., Takagi, M., Miyamoto, K., Hirata, K.
  • 雑誌名: Planta Vol.222 ページ: 181-191
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [雑誌論文] Biosynthetic regulation of phytochelatins, heavy metal-binding peptides. (2005)
  • 著者名/発表者名: Hirata, K., Tsuji, N., Miyamoto, K.
  • 雑誌名: Journal of Bioscience and Bioengineering Vol.100 ページ: 593-599
  • NAID: 110002978287
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [雑誌論文] Comparative analysis of the two-step reaction catalyzed by prokaryotic and eukaryotic Phytochelatin synthase by an ion-pair liguid chromatography assay. (2005)
  • 著者名/発表者名: Naoki Tsuji
  • 雑誌名: Planta 222 ページ: 181-191
• [雑誌論文] Biosynthetic regulation of phytochelatins, heavy metal-binding peptides. (2005)
  • 著者名/発表者名: Kazumasa Hirata
  • 雑誌名: Journal of Bioscience and Bioengineering 100 ページ: 583-599
  • NAID: 110002978287
• [雑誌論文] Characterization of phytochelatin synthase-like protein encoded by alr0975 from a prokaryote, Nostoc sp.PCC7120. (2004)
  • 著者名/発表者名: Naoki Tsuji
  • 雑誌名: Biochemical and Biophysical Research Communications 315・ ページ: 751-755
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [雑誌論文] Functional analysis of phytochelatin synthase from Arabidopsis thaliana and its expression in Escherichia coli and Saccharomyces cerevisiae. (2004)
  • 著者名/発表者名: Sachiko Matsumoto
  • 雑誌名: Science and Technology of Advanced Materials (STAM) 5・ ページ: 377-381
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [雑誌論文] Mitigation of osmotic and salt stresses by abscisic acid through reduction of stress-derived oxidative damage in Chlamydomonas reinhardtii. (2004)
  • 著者名/発表者名: Kenji Yoshida
  • 雑誌名: Plant Science 167・ ページ: 1335-1341
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [雑誌論文] Phytochelatin synthase : catalytic mechanism and acquisition of its function during molecular evolution. (2004)
  • 著者名/発表者名: Naoki Tsuji
  • 雑誌名: Recent Research and Development in Phytochemistrv 8・ ページ: 49-68
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [雑誌論文] Characterization of phytochelatin synthase-like protein encoded by alr0975 from a prokaryote, Nostoc sp.PCC7120. (2004)
  • 著者名/発表者名: Tsuji, N., Nishikori, S., Iwabe, O., Shiraki, K., Miyasaka, H., Takagi, M., Hirata, K., Miyamoto, K.
  • 雑誌名: Biochem.Biophys.Res.Commun. Vol.315 ページ: 751-755
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [雑誌論文] Functional analysis of phytochelatin synthase from Arabidopsis thaliana and its expression in Escherichia coli and Saccharomyces cerevisiae. (2004)
  • 著者名/発表者名: Matsumoto, S., Shiraki, K., Tsuji, N., Hirata, K., Miyamoto, K., Takagi, M.
  • 雑誌名: Sci.Technol.Adv.Materials (STAM) Vol.5 ページ: 377-381
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [雑誌論文] Mitigation of osmotic and salt stresses by abscisic acid through reduction of stress-derived oxidative damage in Chlamydomonas reinhardtii. (2004)
  • 著者名/発表者名: Yoshida, K., Igarashi, E., Wakatsuki, E., Miyamoto, K., Hirata, K.
  • 雑誌名: Plant Science Vol.167 ページ: 1335-1341
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [雑誌論文] Phytochelatin synthase : catalytic mechanism and acquisition of its function during molecular evolution. (2004)
  • 著者名/発表者名: Tsuji, N., Miyamoto, K., Hirata, K.
  • 雑誌名: Recent Research and Development in Phytochemistry Vol.8 ページ: 49-68
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [雑誌論文] Characterization of phytochelatin synthase-like protein encoded by alr0975 from a prokaryote, Nostoc sp.PCC7120. (2004)
  • 著者名/発表者名: Naoki Tsuji
  • 雑誌名: Biochem.Biophys.Res.Commun. 315 ページ: 751-755
• [雑誌論文] Functional analysis of phytochelatin synthase from Arabidopsis thaliana and its expression in Escherichia coli and Saccharomyces cerevisiae. (2004)
  • 著者名/発表者名: Sachiko Matsumoto
  • 雑誌名: Science and Technology of Advanced Materials 5 ページ: 377-381
• [雑誌論文] Abscisic acid induces suppression of generation of reactive oxygen species in Chlamydomonas reinhardtii exposed to water and heavy metal stresses. (2004)
  • 著者名/発表者名: Kenji Yoshida
  • 雑誌名: Plant Science 167 ページ: 1355-1341
• [雑誌論文] Regulation of phytochelatin synthesis by zinc and cadmium in marine green alga, Dunaliella tertiolecta. (2003)
  • 著者名/発表者名: Naoki Tsuji
  • 雑誌名: Phytochemistry 62・ ページ: 453-459
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [雑誌論文] 微細藻類の機能開発と環境保全への応用 (2003)
  • 著者名/発表者名: 宮本和久
  • 雑誌名: ファルマシア 39・ ページ: 871-875
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [雑誌論文] Induction of tolerance to oxidative stress in the green alga, Chlamydomonas reinhardtii, by abscisic acid. (2003)
  • 著者名/発表者名: Kenji Yoshida
  • 雑誌名: Plant Cell Environment 26・ ページ: 451-457
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [雑誌論文] Regulation of phytochelatin synthesis by zinc and cadmium in marine green alga, Dunaliella tertiolecta. (2003)
  • 著者名/発表者名: Tsuji, N., Hirayanagi, N., Iwabe, O., Namba, T., Tagawa, M., Miyamoto, S., Miyasaka, H., Takagi, M., Hirata, K., Miyamoto, K.
  • 雑誌名: Phytochemistry Vol.62 ページ: 453-456
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [雑誌論文] Development of useful microalgal functions and its Application to environmental restoration. (2003)
  • 著者名/発表者名: Miyamoto, K., Hirata, K.
  • 雑誌名: Pharmacia Vol.39 ページ: 871-875
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [雑誌論文] Induction of tolerance to oxidative stress in the green (2003)
  • 著者名/発表者名: Yoshida, K., Igarashi, E., Mukai, M., Hirata, K., Miyamoto, K.
  • 雑誌名: Plant Cell Environment Vol.26 ページ: 451-457
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [文献書誌] Naoki Tsuji: "Regulation of phytochelatin synthesis by zinc and cadmium in Dunaliella tertiolecta"Phytochemistry. 62・2. 453-459 (2003)
• [文献書誌] 宮本和久: "微細藻類の機能開発と環境保全への応用"ファルマシア. 39・9. 871-875 (2003)
• [文献書誌] Kenji Yoshida: "Induction of tolerance to oxidative stress in the green alga, Chlamydomonas reinhardtii, by abscisic acid"Plant Cell & Environment. 26・2. 451-457 (2003)