植物におけるニコチアナミンの新機能の解明

• 研究課題/領域番号: 16780045
• 研究種目: 若手研究(B)
• 配分区分: 補助金
• 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: 高橋 美智子 東京大学, 大学院・農学生命科学研究科, 助手 (90345182)
• 研究期間 (年度): 2004 – 2005
• 研究課題ステータス: 完了 (2005年度)
• 配分額: 3,500千円 (直接経費: 3,500千円); 2005年度: 1,500千円 (直接経費: 1,500千円); 2004年度: 2,000千円 (直接経費: 2,000千円)
• キーワード: ニコチアナミン / 生殖成長 / 無機栄養 / ムギネ酸 / ニコチアナミン合成酵素 / 環境ストレス / アラビドプシス / イネ

研究概要

植物に広く存在する三価の鉄と二価金属のキレーターであるニコチアナミンを合成する酵素、ニコチアナミン合成酵素(NAS)の遺伝子は世界ではじめて当研究室でオオムギから単離された。金属過剰条件下におけるニコチアナミンの役割を調べるため、アグロバクテリウムを用いた遺伝子導入により、この遺伝子を過剰発現するシロイヌナズナとタバコを作成した。これら形質転換体の種子を鉄、亜鉛、銅、マンガン、ニッケル、カドミウムを過剰に含む培地に播種し、耐性を検定した。その結果、NAS過剰発現シロイヌナズナは鉄、亜鉛、銅、マンガン、ニッケル、カドミウムのすべての過剰に耐性を示した。特にニッケル過剰培地に顕著な耐性を示した。NAS過剰発現タバコは鉄、亜鉛、銅、マンガン、カドミウムには顕著な耐性は示さなかったが、ニッケル過剰に対し顕著な耐性を示した。NAS過剰発現シロイヌナズナは非形質転換体の約5倍、NAS過剰発現タバコは約10倍のニコチアナミン濃度を有していた。NAS過剰発現タバコは北海道雨竜郡幌加内町弥運内から採取したニッケル過剰土壌を用いて栽培した際も正常に生育し、顕著な耐性をみせた。このことからニコチアナミンが鉄、亜鉛、銅、マンガン、ニッケル、カドミウム、特にニッケル過剰の過剰害から植物を防御する機能をもつことが明らかになるとともに、NAS遺伝子を過剰発現する植物が重金属汚染土壌からの金属の回収(ファイトレメディエーション)に有効であることが示唆された。この研究成果は2005年に北京で行われた植物栄養学の国際会議で発表し、日本植物生理学会雑誌(Plant Cell Physiology)に掲載された。また、この論文はネットからのPDFアクセス数の月間トップ10に入った(8位)。このことはニコチアナミン研究への関心の高さを示すとともに、この研究が常に世界の研究者と競合していることを示す。

研究成果

• [雑誌論文] Expression of Nicotianamine synthase genes, nicotianamine aminotransferase genes, and OsYSL2 in the reproductive stages. (2005)
  • 著者名/発表者名: Takahashi, M., Tsunoda, K., Inoue, H., Koike, S., Nakanishi, H., Mori, S., Nishizawa, N.K.
  • 雑誌名: Plant nutrition for food security, human health and environmental protection ページ: 136-137
• [雑誌論文] Increased nicotianamine biosynthesis confers enhanced tolerance of high levels of metals, in particular nickel, to plants. (2005)
  • 著者名/発表者名: Kim, S., Takahashi, M., Higuchi, K., Tsunoda, K., Nakanishi, H., Yoshimura, E., Mori, S, Nishizawa, N.K.
  • 雑誌名: Plant Cell Physiol. 46 ページ: 1809-1818
  • NAID: 80017763587
• [雑誌論文] Increased nicotianamine biosynthesis confers enhanced tolerance of high levels of metals, in particular nickel, to plants. (2005)
  • 著者名/発表者名: Kim, S., Takahashi, M., Higuchi, K., Tsunoda, K., Nakanishi, H., Yoshimura, E., Mori, S, Nishizawa, N.K.
  • 雑誌名: Plant nutrition for food security, human health and environmental protection ページ: 662-663
  • NAID: 80017763587
• [雑誌論文] OsZIP4, a Novel Zinc-regulated Zinc Transporter in Rice. (2005)
  • 著者名/発表者名: Ishimaru, Y., Suzuki, M., Kobayashi, T., Takahashi, M., Nakanishi, H., Mori, S., Nishizawa, N.K.
  • 雑誌名: J.Exp.Bot. 56 ページ: 3207-3214
• [雑誌論文] Rice metal-nicotianamine and iron-phytosiderophore transporters involved in the uptake and translocation of metal nutrients. (2005)
  • 著者名/発表者名: Inoue, H., Koike, S., Aoyama, T., Takahashi, M., Nakanishi, H., Mori, S., Nishizawa, N.K.
  • 雑誌名: Plant nutrition for food security, human health and environmental protection. ページ: 89-87
• [雑誌論文] Expression of iron-acquisition-related genes in iron-deficient rice is co-ordinately induced by partially conserved iron-deficiency-responsive elements. (2005)
  • 著者名/発表者名: Kobayashi T, Suzuki T, Inoue H, Itai NR, Takahashi M, Nakanishi H, Mori S, Nishizawa NK.
  • 雑誌名: J.Exp.Bot. 56 ページ: 1305-1316
• [雑誌論文] A Rice FRD3-like (OsFRDL1) gene is expressed in the cells involved in long-distance transport. (2004)
  • 著者名/発表者名: Inoue H, Mizuno D, Takahashi M, Nakanishi H, Mori S, Nishizawa NK.
  • 雑誌名: Soil Science and Plant Nutrition 50 ページ: 1133-1140
  • NAID: 110001720394
• [雑誌論文] Construction of artificial promoters highly responsive to iron deficiency. (2004)
  • 著者名/発表者名: Kobayashi T, Nakayama Y, Takahashi M, Inoue H, Nakanishi H, Yoshihara T, Mori S, Nishizawa NK.
  • 雑誌名: Soil Science and Plant Nutrition 50 ページ: 1167-1175
  • NAID: 110001720398
• [雑誌論文] Diurnal changes in the expression of genes that participate in phytosiderophore synthesis in rice. (2004)
  • 著者名/発表者名: Nozoe T, Nakanishi-Itai R, Nagasaka S, Takahashi M, Nakanishi H, Mori S, Nishizawa NK.
  • 雑誌名: Soil Science and Plant Nutrition 50 ページ: 1125-1132
  • NAID: 110001720393
• [雑誌論文] Directed evolution of yeast ferric reductase to produce plants with tolerance to iron deficiency in alkaline soils. (2004)
  • 著者名/発表者名: Oki H, Kim S, Nakanishi H, Takahashi M, Yamaguchi H, Mori S, Nishizawa NK.
  • 雑誌名: Soil Science and Plant Nutrition 50 ページ: 1159-1166
  • NAID: 110001720397
• [雑誌論文] OsYSL2 is a rice metal-nicotianamine transporter that is regulated by iron and expressed in the phloem. (2004)
  • 著者名/発表者名: Koike S, Inoue H, Mizuno D, Takahashi M, Nakanishi H, Mori S, Nishizawa NK.
  • 雑誌名: The Plant Journal 39 ページ: 415-424