ヒメツリガネゴケの一次形質転換系を用いた低温耐性関連遺伝子の解析

• 研究課題/領域番号: 16658040
• 研究種目: 萌芽研究
• 配分区分: 補助金
• 研究分野: 応用生物化学
• 研究機関: 埼玉大学
• 研究代表者: 竹澤 大輔 埼玉大学, 理工学研究科, 助教授 (20281834)
• 研究期間 (年度): 2004 – 2006
• 研究課題ステータス: 完了 (2006年度)
• 配分額: 3,200千円 (直接経費: 3,200千円); 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); 2004年度: 1,400千円 (直接経費: 1,400千円)
• キーワード: ヒメツリガネゴケ / 低温耐性 / 形質転換 / アブシジン酸 / 変異株 / テアンデロース / 低温 / 凍結 / 原糸体 / 遺伝子

研究概要

本研究ではアブシジン酸処理により高い耐凍性を発揮するヒメツリガネゴケを材料として用い、低温耐性因子のスクリーニング系の確立と遺伝子の単離を行うことを目的とした。最終年度である18年度は、アブシジン酸非感受性のAR7変異株を用いて解析を行った。野生株は、そのプロトプラストにアブシジン酸応答に関わる制御因子PpABI3をトランジェントで発現することによって、いわゆるbrood cellと同様の形態を示すとともにアブシジン酸のない状態でもマイナス10度の凍結まで耐えてコロニーを形成することができた。同様の実験をAR7株についても行ったところ、brood cell形成は正常であったものの、PpABI3形質転換体は凍結には感受性であった。この形質転換体をアブシジン酸処理した後に凍結実験を行ったが、やはり細胞は凍結耐性を獲得することができなかった。糖および遺伝子解析の結果、デハイドリンなどの低温耐性関連遺伝子はAR7株でも野生株と同レベルまで発現したが、糖蓄積には野生株と差が見られた。特にアブシジン酸処理特異的に発現する3糖テアンデロースについてはAR7株で蓄積が極端に少なかった。以上の結果から、AR7変異株はPpABI3に依存しないシグナル経路に欠損があり、3糖合成に関わる遺伝子の発現が抑制された結果、耐凍性が減少したことが推察された。

研究成果

• [雑誌論文] Accumulation of theanderose in association with development of freezing tolerance in the moss Physcomitrella patens (2006)
  • 著者名/発表者名: Nagao, M., Oku, K., Minami, M., Mizuno, K., Sakurai, M., Arakawa, K., Fujikawa, S., Takezawa D.
  • 雑誌名: Phytochemistry 67 ページ: 702-709
• [雑誌論文] Cold acclimation in bryophytes : Low temperature-induced freezing tolerance in Physcomitrella patens is associated with increases in expression levels of stress-related genes but not with increase in levels of endogenous abscisic acid. (2005)
  • 著者名/発表者名: Minami, A., Nagao, M., Ikegami, K., Koshiba, T., Arakawa, K., Fujikawa, S., Takezawa D
  • 雑誌名: Planta 220 ページ: 414-423
• [雑誌論文] Rapid degradation of starch in chloroplasts and concomitant accumulation of soluble sugars associated with ABA-induced freezing tolerance in the moss Physcomitrella patens. (2005)
  • 著者名/発表者名: Nagao, M., Minami, A., Arakawa, K., Fujikawa, S., Takezawa, D.
  • 雑誌名: Journal of Plant Physiology 162 ページ: 169-180
• [雑誌論文] Identification of abscisic acid-, cold-, and osmotic stress-induced genes encoding novel membrane-bound transporter-like proteins. (2004)
  • 著者名/発表者名: Takezawa, D.
  • 雑誌名: Biochem.Biophys.Res.Commun. 317 ページ: 428-436
• [雑誌論文] Accumulation of pathogenesis-related (PR) 10/Bet v1 protein homologues in mulberry (Morus bombycis koidz.) tree during winter. (2004)
  • 著者名/発表者名: Ukaji, N.
  • 雑誌名: Plant Cell Environ. 27 ページ: 1112-1121