活性酸素解毒系酵素を強化した形質転換植物の開発とその光合成特性の解析

1993 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 05266220
• 研究機関: 国立環境研究所
• 研究代表者: 田中 浄 国立環境研究所, 室長 (50124350)
• 研究分担者: 青野 光子 国立環境研究所, 研究員 (10202491) ; 久保 明弘 国立環境研究所, 研究員 (20186430)
• キーワード: アスコルビン酸ペルオキシダーゼ / アラビドプシス / 過酸化水素消去系 / カタラーゼ / 活性酸素 / グルタチオン還元酵素 / 形質転換植物 / タバコ

研究概要

1)大腸菌由来のグルタチオン還元酵素(GR)を葉緑体に導入した形質転換タバコを低濃度二酸化炭素処理し、その後、光合成活性を調べたところ、対照植物よりも高い光合成能力を保持していることが明らかになった。
2)アラビドプシスとホウレンソウからGR(葉緑体型)cDNAを単離し、シークエンスを決定した。葉緑体型グルタチオン還元酵素と細胞質型アスコルビン酸ペルオキシダーゼのセンス及びアンチセンス遺伝子に関する形質転換タバコを開発した。それぞれの酵素活性が対照植物の1/3から3倍の形質転換植物を得た。
3)インゲン、ホウレンソウをマグネシウム欠乏させた水耕液で育成すると播種後、3週間目から活性酸素解毒系酵素活性が対照植物の3倍に増加した。GRについて詳しく検討した結果、この活性増加はGRタンパク質、GRmRNAの増加を伴うことが明らかになった。活性酸素解毒系酵素が増加する時期に採取した葉のタンパク質組成の変化を二次元電気泳動法で解析した。マグネシウム欠乏葉には対照葉には少量しか認められない13種のペプチドが検出された。現在までに5種のペプチドのN-末端付近のアミノ酸配列を調べたが、hsp70など既知のペプチド以外に、特定されないペプチドが一種(チトクロムfに類似)存在することを確認した。
4)低温凍結耐性植物を開発するために乳酸菌に存在するマンガンカタラーゼ遺伝子の単離を試みている。本酵素のタンパク質の単離に成功し、N-末端付近とペプチド内部のアミノ酸配列を決定し、人工オリゴヌクレオチドを合成した。

研究成果

• [文献書誌] A.Kubo,T.Sano,H.Saji,Kunisuke Tanaka,N.Kondo,and Kiyoshi Tanaka: "Primary structure and properties of glutathione reductase from Arabidopsis thaliana" Plant and Cell Physiology. 1259-1266 (1993)
• [文献書誌] T.Sakaki,K.Tanaka,and M.Yamada,: "General metabolic changes in leaf lipids in response to ozone." Plant and Cell Physiology. 35. 53-62. (1994)
• [文献書誌] Y.Kono,H.Shibata,K.Adachi and K.Tanaka: "Hydroxyl radical production by the reaction of nitrate with hydrogen peroxide at acidic pH and its bacterial effect on Escherichia coli" Archieves of Biochemistry and Biophysics. (Accepted).
• [文献書誌] K.Tanaka,T.Sano,K.Ishizuka,K.Kitta and Y.Kawamura: "Comparison of properties of leaf and root glutathione reductase from spinach" Physiologia Plantarum. (Accepted).
• [文献書誌] K.Tanaka: "Tolerance to herbicides and air pollutants In Photo-oxidative stresses on plants,causes and amelioration" CRC Press, 365-378 (1994)