イネのケイ酸吸収、輸送機構の解明

• 研究課題/領域番号: 15380053
• 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: 植物栄養学・土壌学
• 研究機関: 岡山大学 (2005); 香川大学 (2003-2004)
• 研究代表者: 馬 建鋒 岡山大学, 資源生物科学研究所, 教授 (80260389)
• 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: 15,000千円 (直接経費: 15,000千円); 2005年度: 3,000千円 (直接経費: 3,000千円); 2004年度: 3,700千円 (直接経費: 3,700千円); 2003年度: 8,300千円 (直接経費: 8,300千円)
• キーワード: ケイ素 / イネ / 吸収 / 輸送 / 形態 / トランスポーター / 遺伝子 / 突然変異体 / 変異体 / ケイ酸 / クローニング / 輸送形態 / 導管

研究概要

1.ケイ酸の導管へのローディングは非常に速い過程で行われ、また一種のトランスポーターを介していることを明らかにした。^<29>Si-NMRを用いて導管液中のケイ酸の形態を同定したところ、単分子のケイ酸と同じケミカルシフトを与え,ケイ素が単分子のケイ酸の形態で輸送されていることを明らかにした。
2.単離したケイ酸吸収欠損突然変異体(lsi1)を用いて、イネのケイ酸吸収に関与する遺伝子のポジショナルクローニングを行った。変異体とインド型イネ品種カサラスとの交配で得たF_2集団を用いて、SSRマーカーやCAPSマーカーで遺伝子型を調べた結果、原因遺伝子は2番染色体に座乗していることが明らかとなった。野生型と変異体の塩基配列を比較した結果、変異は一塩基置換に起因することがわかった。この遺伝子は3609bp塩基で、298個のアミノ酸からなっている。この遺伝子は主に根に構成的に発現していることがわかった。またケイ酸が十分ある条件と比べ、ケイ酸がない場合はLsi1の発現量が4倍増加した。Lsi1によってコードされたタンパク質の局在性を調べるために、Lsi1のプロモーター及びLsi1遺伝子とGFPを連結させたコンストラクトを作成し、組み換えイネを作出した。その結果、Lsi1タンパク質は主に主根と側根に存在し、根毛にないことを明らかにした。
3.新たなケイ酸吸収欠損突然変異体の選抜を試みた。メチルニトロソウレアで変異処理した台中65のM_3種子を用いて、ケイ素の同属元素であるゲルマニウムに対する耐性を指標し、変異体の選抜を行った結果、ゲルマニウムに対して、強い耐性を示す変異体(lsi2)を得た。この変異体によるケイ酸吸収特性を野生型(WT,台中65)と比較して調べた。短期(12時間まで)及び長期(50日間)のケイ酸吸収実験では、変異体によるケイ酸の吸収は、WTよりはるかに低かったが、他の養分(KとP)の吸収においては差が認められなかった。この原因遺伝子をマッピングした結果、染色体3番に座乗していることを明らかにした。

研究成果

• [雑誌論文] A silicon transporter in rice (2006)
  • 著者名/発表者名: Ma, J.F.et al.
  • 雑誌名: Nature 440 ページ: 688-691
  • NAID: 40015676750
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [雑誌論文] Silicon transporter in rice. (2006)
  • 著者名/発表者名: Ma, J.F., Tamai, K., Yamaji, N.Mitani, M., Konishi, S., Katsuhara, M., Ishiguro, M., Murata, Y., Yano, M.
  • 雑誌名: Nature 440 ページ: 688-691
  • NAID: 40015676750
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [雑誌論文] A silicon transporter in rice (2006)
  • 著者名/発表者名: Ma, J.F., Tamai, K., Yamaji, N., Mitani, N., Konishi, S., Katsuhara, M., Ishiguro, M., Murata, Y., Yano, M
  • 雑誌名: Nature 440 ページ: 688-691
  • NAID: 40015676750
• [雑誌論文] Plant root responses to three abundant soil mineral : silicon, aluminum and iron (2005)
  • 著者名/発表者名: Ma, J. F.
  • 雑誌名: Crit. Rev. Plant Sci. 24 ページ: 267-281
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [雑誌論文] Identification of silicon form in the xylem of rice (Oryza sativg L.) (2005)
  • 著者名/発表者名: Mitani, M., Ma, J.F., Iwashita.T.
  • 雑誌名: Plant Cell Physiol. 46 ページ: 279-283
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [雑誌論文] Uptake system of silicon in different plant species (2005)
  • 著者名/発表者名: Mitani, N., Ma, J.F.
  • 雑誌名: J. Exp. Bot. 56 ページ: 1255-1261
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [雑誌論文] Plant root responses to three abundant soil mineral : silicon, aluminum and iron. (2005)
  • 著者名/発表者名: Ma, J.F.
  • 雑誌名: Crit.Rev.Plant Sci. 24 ページ: 267-281
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [雑誌論文] Identification of silicon form in the xylem of rice (Oryza sativa L.). (2005)
  • 著者名/発表者名: Mitani, M., Ma, J.F., Iwashita, T.
  • 雑誌名: Plant Cell Physiol. 46 ページ: 279-283
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [雑誌論文] Uptake system of silicon in different plant species. (2005)
  • 著者名/発表者名: Mitani, N., Ma, J.F.
  • 雑誌名: J.Exp.Bot. 56 ページ: 1255-1261
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [雑誌論文] Uptake system of silicon in different plant species (2005)
  • 著者名/発表者名: Mitani, N., Ma, J.F.
  • 雑誌名: Journal of Experimental Botany 56 ページ: 1255-1261
• [雑誌論文] Plant root responses to three abundant soil minerals : silicon, aluminum and iron (2005)
  • 著者名/発表者名: Ma, J.F.
  • 雑誌名: Critical Reviews in Plant Sciences 24 ページ: 267-281
• [雑誌論文] Identification of silicon form in the xylem of rice (Oryza sativa L.) (2005)
  • 著者名/発表者名: Mitani, M., Ma, J.F., Iwashita, T
  • 雑誌名: Plant Cell Physiol. 46 ページ: 279-283
• [雑誌論文] Role of silicon in enhancing the resistance of plants to biotic and abiotic stresses. (2004)
  • 著者名/発表者名: Ma, J. F.
  • 雑誌名: Soil Sci. Plant Nutr. 50 ページ: 11-18
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [雑誌論文] Characterization of Si uptake system and molecular mapping of Si transporter gene in rice (2004)
  • 著者名/発表者名: Ma, J.F.et al.
  • 雑誌名: Plant Physiol. 136 ページ: 3284-3289
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [雑誌論文] Role of silicon in enhancing the resistance of plants to biotic and abiotic stresses. (2004)
  • 著者名/発表者名: Ma, J.F.
  • 雑誌名: Soil Sci.Plant Nutr. 50 ページ: 11-18
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [雑誌論文] Characterization of Si uptake system and molecular mapping of Si transporter gene in rice. (2004)
  • 著者名/発表者名: Ma, J.F.Mitani, M.Nagao, S., Konishi, S., Tamai, K., Iwashita, T., Yano.M.
  • 雑誌名: Plant Physiol. 136 ページ: 3284-3289
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [雑誌論文] Characterization of Si uptake system and molecular mapping of Si transporter gene in rice (2004)
  • 著者名/発表者名: Ma, J.F., Mitani, M., Nagao, S., Konishi, S., Tamai, K., Iwashita, T., Yano.M
  • 雑誌名: Plant Physiol. 136 ページ: 3284-3289
• [産業財産権] 特許 (2004)
  • 発明者名: 馬 建鋒
  • 権利者名: 香川大学
  • 産業財産権番号: 2004-381899
  • 出願年月日: 2004-12-28
• [文献書誌] Ma, J.F.: "Role of silicon in enhancing the resistance of plants to biotic and abiotic stresses"Soil Sci.Plant Nutr.. 50. 11-18 (2004)