イネrbcS遺伝子組換え体にみる個葉光合成能力の改善にむけての分子的基盤

• 研究課題/領域番号: 20380041
• 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: 東北大学
• 研究代表者: 牧野 周 東北大学, 大学院・農学研究科, 教授 (70181617)
• 研究期間 (年度): 2008 – 2010
• 研究課題ステータス: 完了 (2010年度)
• 配分額: 19,760千円 (直接経費: 15,200千円、間接経費: 4,560千円); 2010年度: 3,900千円 (直接経費: 3,000千円、間接経費: 900千円); 2009年度: 4,290千円 (直接経費: 3,300千円、間接経費: 990千円); 2008年度: 11,570千円 (直接経費: 8,900千円、間接経費: 2,670千円)
• キーワード: ルビスコ / イネ / 光合成 / バイオマス生産 / RBCS組換体 / バイオマス

研究概要

イネRBCS遺伝子組換え体を用いて、個葉光合成能力の改善とバイオマス生産の向上をめざした。RBCS遺伝子の増強はRubiscoタンパク質量増にはむすびついたが、光合成速度やバイオマス生産向上の効果はなかった。ただし、低CO2(28Pa)や低温(19oC)栽培には効果があった。複数種あるRBCS遺伝子は第12染色体に座乗するOsRBCS2からOsRBCS5が発現していて、分子種別のRBCS-RNAi体を作製したところ、互いの遺伝子発現には相補関係がなかった。それらの分子種RNAi体は高CO2条件のみで野生種を越える光合成を示した。

研究成果

• [雑誌論文] Photosynthesis, grain yield and N utilization in rice and wheat (2011)
  • 著者名/発表者名: Makino A
  • 雑誌名: Plant Physiol 巻: 155 ページ: 125-129
  • 査読あり
• [雑誌論文] New insight into photosynthetic acclimation to elevated CO2 : The role of leaf nitrogen and ribulose-1, 5-bisphosphate carboxylase/oxygenase in rice leaves. (2011)
  • 著者名/発表者名: Seneweera S, Makino A, Hirotsu N, Norton R, Suzuki Y
  • 雑誌名: Environ. Exp. Bot 巻: 71 ページ: 128-136
  • 査読あり
• [雑誌論文] The rate-limiting step for CO2 assimilation at different temperatures is influenced by the leaf nitrogen content in several C3 crop species (2011)
  • 著者名/発表者名: Yamori W, Nagai T and Makino A
  • 雑誌名: Plant Cell Environ 巻: 34 ページ: 764-777
  • 査読あり
• [雑誌論文] Photosynthesis, grain yield and N utilization in rice and wheat (2011)
  • 著者名/発表者名: Makino A
  • 雑誌名: Plant Physiol. 巻: 155 ページ: 125-129
  • 査読あり
• [雑誌論文] Differences in Rubisco content and its synthesis and degradation in leaves at different positions in Eucalyptus globulus seedlings (2010)
  • 著者名/発表者名: Suzuki Y, Kihara-Doi T, Kawazu T, Miyake C and Makino A
  • 雑誌名: Plant Cell Environ 巻: 33 ページ: 1314-1323
  • 査読あり
• [雑誌論文] Increased grain yield and biomass allocation in rice under cool night temperature (2010)
  • 著者名/発表者名: Kanno K and Makino A
  • 雑誌名: Soil Sci Plant Nutr 巻: 56 ページ: 412-417
  • NAID: 110008144337
  • 査読あり
• [雑誌論文] Protein turnover in grass leaves (2010)
  • 著者名/発表者名: Irving LJ, Suzuki Y, Ishida H and Makino A
  • 雑誌名: Advances in Botanical Research 巻: 54 ページ: 139-182
  • 査読あり
• [雑誌論文] The autophagic degradation of chloroplasts via Rubisco-containing bodies is specially linked to leaf carbon status but not nitrogen status in Arabidopsis (2010)
  • 著者名/発表者名: Izumi M, Wada S, Makino A and Ishida H
  • 雑誌名: Plant Physiol 巻: 154 ページ: 1196-1209
  • 査読あり
• [雑誌論文] Biochemical aspects associated with in vivo RbcL fragmentation by reactive oxygen species under chilling-light conditions (2010)
  • 著者名/発表者名: Nakano, et al., 代表者、牧野を含む, 他4名
  • 雑誌名: Plant Biology 巻: 12 ページ: 35-45
  • 査読あり
• [雑誌論文] An increase in grain yield and biomass allocation in rice under cool night temperature (2010)
  • 著者名/発表者名: Kanno K, Makino A
  • 雑誌名: Soil Sci.Plant Nutr. 巻: 56 ページ: 412-417
  • NAID: 110008144337
  • 査読あり
• [雑誌論文] The autophagic degradation of chloroplasts via Rubisco-containing bodies is specially linked to leaf carbon status but not nitrogen status in Arabidopsis (2010)
  • 著者名/発表者名: Izumi M, Wada S, Makino A, Ishida H
  • 雑誌名: Plant Physiol. 巻: 154 ページ: 1196-1209
  • 査読あり
• [雑誌論文] Differences in Rubisco content and its synthesis and degradation in leaves at different positions in Eucalyptus globulus seedlings (2010)
  • 著者名/発表者名: Suzuki Y, Kihara-Doi T, Kawazu T, Miyake C, Makino A
  • 雑誌名: Plant Cell Environ. 巻: 33 ページ: 1314-1323
  • 査読あり
• [雑誌論文] Biochemical aspects associated with in vivo RbcL fragmentation by reactive oxygen species under chilling-light conditions. (2010)
  • 著者名/発表者名: Nakano, et al.(代表者、牧野を含む他4名)
  • 雑誌名: Plant Biology 12 ページ: 35-45
  • 査読あり
• [雑誌論文] An increase in grain yield and biomass allocation in rice under cool night temperature (2010)
  • 著者名/発表者名: Kanno K, Makino A
  • 雑誌名: Soil Sci.Plant Nutr. 56(In press)
  • NAID: 110008144337
  • 査読あり
• [雑誌論文] High night-temperature stimulates photosynthesis, biomass production and plant growth during the vegetative stage of rice plants (2009)
  • 著者名/発表者名: Kanno K, Mae T and Makino A
  • 雑誌名: Soil Sci. Plant Nutr 巻: 55 ページ: 124-131
  • 査読あり
• [雑誌論文] Autophagy plays a role in chloroplast degradation during senescence in individually darkened leaves (2009)
  • 著者名/発表者名: Wada S, Ishida H, Izumi M, Yoshimoto K, Ohsumi Y, Mae T and Makino A
  • 雑誌名: Plant Physiol 巻: 149 ページ: 885-893
  • 査読あり
• [雑誌論文] Rubisco content and photosynthesis at different positions in transgenic rice with an overexpression of RBCS (2009)
  • 著者名/発表者名: Suzuki Y, Miyamoto, T, Yoshizawa R, Mae, T and Makino A
  • 雑誌名: Plant Cell Environ 巻: 32 ページ: 417-427
  • 査読あり
• [雑誌論文] Photosynthesis research in plant science (2009)
  • 著者名/発表者名: Tanaka A and Makino A
  • 雑誌名: Plant Cell Physiol 巻: 50 ページ: 681-683
  • 査読あり
• [雑誌論文] Differences between rice and wheat in temperature responses of photosynthesis and plant growth (2009)
  • 著者名/発表者名: Nagai T and Makino A
  • 雑誌名: Plant Cell Physiol 巻: 50 ページ: 744-755
  • NAID: 130006992371
  • 査読あり
• [雑誌論文] Differences in expression of the RBCS multigene family and Rubisco protein content in various rice plant tissues at different growth stages (2009)
  • 著者名/発表者名: Suzuki Y, Nakabayashi K, Yoshizawa R, Mae T and Makino A
  • 雑誌名: Plant Cell Physiol 巻: 50 ページ: 1851-1855
  • NAID: 10027343957
  • 査読あり
• [雑誌論文] The analysis of factors affecting the creation of Rubisco-containing bodies (RCBs), a specific autophagic process for chloroplast degradation in plants. (2009)
  • 著者名/発表者名: Izumi M, Ishida H, Makino A
  • 雑誌名: Autophagy 巻: 5 ページ: 914-914
  • 査読あり
• [雑誌論文] Rubisco content and photosynthesis at different positions in transgenic rice with an overexpression of RBCS. (2009)
  • 著者名/発表者名: Suzuki, et al(代表者、牧野を含む他4名)
  • 雑誌名: Plant Cell Environ. 32 ページ: 417-427
  • 査読あり
• [雑誌論文] Differences between rice and wheat in temperature responses of photosynthesis and plant growth. (2009)
  • 著者名/発表者名: Nagai T, Makino A
  • 雑誌名: Plant Cell Physiol. 50 ページ: 744-755
  • NAID: 130006992371
  • 査読あり
• [雑誌論文] Differences in expression of the RBCS multigene family and Rubisco protein content in various rice plant tissues at different growth stages. (2009)
  • 著者名/発表者名: Suzuki, et al(代表者、牧野を含む他4名)
  • 雑誌名: Plant Cell Physiol. 50 ページ: 1851-1855
  • NAID: 10027343957
  • 査読あり
• [雑誌論文] Autophagy plays a role in chloroplast degradation during senescence in individually darkened leaves (2009)
  • 著者名/発表者名: Wada et.al.(研究代表者牧野を含む他6名)
  • 雑誌名: Plant Physiology (IF = 6.376) 149 ページ: 885-893
  • 査読あり
• [雑誌論文] Rubisco content and photosynthesis at different positions in transgenic rice with an overexpression of RBCS (2009)
  • 著者名/発表者名: Suzuki Y, Miyamoto T, Yosh-izawa R, Mae T, Makino A
  • 雑誌名: Plant, Cell and Environment (IF = 4.497) 32 ページ: 417-427
  • 査読あり
• [雑誌論文] High night-temperature stimulates photosynthesis, biomass production and plant growth during the vegetative stage of rice (2009)
  • 著者名/発表者名: Kanno K, Mae T, Makino A
  • 雑誌名: Soil Sci. Plant Nutr. (IF = 1.084) 55 ページ: 124-131
  • 査読あり
• [雑誌論文] Differences between rice and wheat in temperature responses of photosynthesis and plant growth (2009)
  • 著者名/発表者名: Nagai T, Makino A
  • 雑誌名: Plant and Cell Physiology (IF = 3.654) 50(In press)
  • NAID: 130006992371
  • 査読あり
• [雑誌論文] RNA extraction from various recalcitrant plant tissues with a cethyltrimethylammonium bromide-containing buffer followed by acid guanidium thiocyanate-phenol chloroform treatment (2008)
  • 著者名/発表者名: Suzuki Y, Mae T and Makino A
  • 雑誌名: Biosci, Biotechnol. Biochem 巻: 72 ページ: 1951-1953
  • NAID: 10027530447
  • 査読あり
• [雑誌論文] Mobilization of Rubisco and stromal-localized fluorescent proteins of chloroplasts to the vacuole by an ATG gene-dependent autophagic process (2008)
  • 著者名/発表者名: Ishida H, Yoshimoto K, Izumi M, Reisen D, Yano Y, Makino A, Ohsumi Y, Hanson M and Mae T
  • 雑誌名: Plant Physiol 巻: 148 ページ: 142-155
  • 査読あり
• [学会発表] イネの生産性と個葉光合成 (2010)
  • 著者名/発表者名: 牧野周
  • 学会等名: 日本光合成学会シンポジウム
  • 発表場所: 東京
  • 年月日: 2010-05-29
• [学会発表] イネにおいてOsRBCS multigene familyの個別発現抑制は葉身Rubisco量を減少させる (2010)
  • 著者名/発表者名: 小川瞬(代表者、牧野を含む他4名)
  • 学会等名: 日本植物生理学会年会
  • 発表場所: 熊本
  • 年月日: 2010-03-20
• [学会発表] デンプン代謝変異がRubisco-containing body(RCB)の形成に及ぼす影響の解析 (2010)
  • 著者名/発表者名: 泉正範、石田宏幸、牧野周
  • 学会等名: 日本植物生理学会年会
  • 発表場所: 熊本
  • 年月日: 2010-03-20
• [学会発表] イネにおいてOsRBCS multigene familyの個別発現抑制は葉身Rubisco量を減させる (2010)
  • 著者名/発表者名: 小川瞬ら(代表者、牧野を含む他4名)
  • 学会等名: 日本植物生理学会年会
  • 発表場所: 熊本
• [学会発表] OsRBCS3を発現抑制したイネの大気CO2分圧下での個体成長 (2010)
  • 著者名/発表者名: 菅野圭一ら(代表者、牧野を含む他3名)
  • 学会等名: 日本植物生理学会年会
  • 発表場所: 熊本
• [学会発表] デンプン代謝変異がRubisco-containing body (RCB)の形成に及ぼす影響の解析 (2010)
  • 著者名/発表者名: 泉正範ら(代表者、牧野を含む他1名)
  • 学会等名: 日本植物生理学会年会
  • 発表場所: 熊本
• [学会発表] シロイヌナズナ個別暗処理葉におけるオートファジー葉緑体分解機構 (2010)
  • 著者名/発表者名: 和田慎也ら(代表者、牧野を含む他4名)
  • 学会等名: 日本土壌肥料学会札幌大会
  • 発表場所: 札幌
• [学会発表] 異なるCO_2分圧下でのOsRBCS3ノックダウンイネの乾物生産と窒素利用 (2010)
  • 著者名/発表者名: 菅野圭一ら(代表者、牧野を含む他2名)
  • 学会等名: 日本土壌肥料学会札幌大会
  • 発表場所: 札幌
• [学会発表] 葉位の異なるEucalyptus globulus葉におけるRubiscoの遺伝子発現 (2010)
  • 著者名/発表者名: 鈴木雄二ら(代表者、牧野を含む他4名)
  • 学会等名: 日本土壌肥料学会札幌大会
  • 発表場所: 札幌
• [学会発表] Rubiscoタンオーバーと窒素栄養 (2010)
  • 著者名/発表者名: 鈴木雄二ら(代表者、牧野を含む他2名)
  • 学会等名: 日本土壌肥料学会札幌大会
  • 発表場所: 札幌
• [学会発表] 異なるCO2分圧下でのOsRBCS3ノックダウンイネの乾物生産と窒素利用 (2010)
  • 著者名/発表者名: 菅野圭一、鈴木雄二、小川瞬、牧野周
  • 学会等名: 日本土壌肥料学会札幌大会
  • 発表場所: 札幌
• [学会発表] イネの個葉光合成と生産性 (2009)
  • 著者名/発表者名: 牧野周
  • 学会等名: 日本光合成学会シンポジウム
  • 発表場所: 東京
  • 年月日: 2009-05-29
• [学会発表] RBCS遺伝子を過剰発現した形質転換体イネのRubisco量 (2009)
  • 著者名/発表者名: 鈴木雄二ら(代表者、牧野を含む他4名)
  • 学会等名: 光合成および個体生育日本植物生理学会年会
  • 発表場所: 名古屋
• [学会発表] イネRBCS multigene familyの生育別・器官別の発現の違いについて (2009)
  • 著者名/発表者名: 中林香(代表者、牧野を含む他4名)
  • 学会等名: 日本植物生理学会年会
  • 発表場所: 名古屋
• [学会発表] Nitrogen oscillation in the tiller axes of grassas A role in leaf production (2009)
  • 著者名/発表者名: Irvingら(代表者、牧野を含む他2名)
  • 学会等名: 日本植物生理学会年会
  • 発表場所: 名古屋
• [学会発表] シロイヌナズナ切離葉におけるRubisco-containing body (RCB)の形成に影響を及ぼす要因 (2009)
  • 著者名/発表者名: 泉正範ら(代表者、牧野を含む他2名)
  • 学会等名: 日本植物生理学会年会
  • 発表場所: 名古屋
• [学会発表] 刃ROS遺伝子を過剰発現した形質転換体イネのRubisco量、光合成および個体生育 (2009)
  • 著者名/発表者名: 鈴木ら(牧野を含む他4名)
  • 学会等名: 第50回日本植物生理学会年会
  • 発表場所: 名古屋大学
• [学会発表] イネRBCS multigene familyの生育別・器官別の発現の違いについて (2009)
  • 著者名/発表者名: 中林ら(牧野を含む他4名)
  • 学会等名: 第50回日本植物生理学会年会
  • 発表場所: 名古屋大学
• [学会発表] Nitrogen oscillation in the tiller axes of grassas A role in leaf production (2009)
  • 著者名/発表者名: Irvingら(牧野を含む他2名)
  • 学会等名: 第50回日本植物生理学会年会
  • 発表場所: 名古屋大学
• [学会発表] シロイヌナズナ切離葉におけるRubisco-containing body(RCB)の形成に影響を及ぼす要因 (2009)
  • 著者名/発表者名: 泉ら(牧野を含む他2名)
  • 学会等名: 第50回日本植物生理学会年会
  • 発表場所: 名古屋大学
• [図書] Nitrogen utilization, growth and yield in rice plants. In Nitrogen Assimilation in Plants : Chapter 17 (2010)
  • 著者名/発表者名: Mae T and Makino A
  • 出版者: Eds by Ohyama T and Sueyoshi K
• [図書] Rubisco turnover and photosynthesis in a leaf. In Nitrogen Assimilation in Plants : Chapter 17 (2010)
  • 著者名/発表者名: Ishida H, Suzuki Y and Makino A
  • 出版者: Eds by Ohyama T and Sueyoshi K
• [図書] Nitrogen utilization, growth and yield in rice plants. In Nitrogen Assimilation in Plants : Chapter 17(Eds by Ohyama T and Sueyoshi K) (2010)
  • 著者名/発表者名: Mae T, Makino A
  • 出版者: Research Signpost
• [図書] Rubisco turnover and photosynthesis in a leaf. In Nitrogen Assimilation in Plants : Chapter 17(Eds by Ohyama T and Sueyoshi K) (2010)
  • 著者名/発表者名: Ishida H, Suzuki Y, Makino A
  • 出版者: Research Signpost
• [備考]
  • URL: http://www.agri.tohoku.ac.jp/syokuei/index-j.html
• [備考]
  • URL: http://www.agri.tohoku.ac.jp/syokuei/index-j.html