人為的に制御可能な植物遺伝子プロモーターの開発

1997 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 07554044
• 研究機関: 東京大学
• 研究代表者: 渡辺 昭 東京大学, 大学院・理学系研究科, 教授 (70023471)
• 研究分担者: 伊藤 正樹 東京大学, 大学院・理学系研究科, 助手 (10242851) ; 藤村 達人 筑波大学, 農林工学系バイオシステム研究科, 教授 ; 松岡 信 名古屋大学, 生物分子応答研究センター, 教授 (00270992)
• キーワード: 植物遺伝子 / 遺伝子プロモーター / 遺伝子発現 / シロイヌナズナ / 糖飢餓 / タバコ / イネ / チアミン

研究概要

本研究では、植物遺伝子の機能解析のためのツールとして人為的にコントロール可能なプロモーターの開発を目的とし、チアミンによるコントロール、植物体を暗所におくことによるコントロール、および、サリチル酸によるコントロールが可能となるプロモーターの取得を試みた。チアミンの有無によってon/offが可能なプロモーターを取得するために、チアミンを除去して培養したタバコ培養細胞に発現する遺伝子のcDNAクローンを取得したが、その遺伝子はチアミン存在下においても発現が見られ、残念ながら、目的とするプロモーターには向かないと考えた。次に、暗所においたシロイヌナズナ緑葉で発現が上昇する遺伝子のcDNAクローニングを行い、多数のクローンを単離した。これらcDNAの中から目的にかなう発現特性を示す3つのクローン(din2,din3,din4)を選抜した。これらの遺伝子は、その暗所での発現誘導が糖を投与することにより抑制されることから、糖レベルの低下が発現誘導の原因であることが示され、植物体を暗所に置くという処理、また培養細胞においては培地中の糖を除去あるいは低濃度にするという簡単な処理によってコントロールできる可能性が示唆された。そこで、これら3個の遺伝子のプロモーター領域を取得し、レポーター遺伝子としてルシフェラーゼと融合させた。この融合遺伝子をタバコ培養細胞BY2に導入し、培地中の糖を除去したときのルシフェラーゼ活性を測定した。その結果、糖を除去すると著しく(100倍程度)ルシフェラーゼ活性が上昇することが明らかになった。現在この融合遺伝子をシロイヌナズナ、タバコ、イネの植物体及び培養細胞に導入し、同様の実験を行って、その有用性を検討している。これらのプロモーター活性のon/offが可逆的であり、暗所で誘導した後、明所に移ことにより速やかにそのプロモーター活性をoffにできることなどから、本研究の目的にかなったツールとして有用であると考えられる。

研究成果

• [文献書誌] Ito,M.: "Cell-cycle-regulated transcritption of A-and B-type plant cyclin genes in synchronous cultures." Plant J.11. 983-992 (1997)
• [文献書誌] Watanabe,A.: "Internal Gln/Glu ratio as a potential regulatory parameter for the expression of a cytosolic glutamine synthetase gene of radish in cultured cells." Plant Cell Physiol.38. 1000-1006 (1997)
• [文献書誌] Smith,M.W.: "Plant 21D7 protein,a nuclear antigen associated with cell division,is a component of the 26S proteasome." Plant Physiol.113. 281-291 (1997)
• [文献書誌] Shimada,Y.: "A protein encoded by dinl,a dark-inducible and senescence-associated gene of radish,can be imported by isolated chloroplasts and has sequence similarity to sulfide dehydrogenase and other small stress proteins." Plant Cell Physiol.39. 139-143 (1997)
• [文献書誌] Imaizumi,N.: "Characterization of the gene for pyruvate,orthophosphate dikinase from rice,a C3 plant,and a comparison of structure and expression between C3 and C4 genes for this protein." Plant Mol. Biol.34. 701-716 (1997)
• [文献書誌] Makino,A.: "Does decrease in ribulose-1,5 bishosphate carboxylase by antisense RbcS lead to a higher N-use efficency of photosynthesis under conditions of saturating CO_2 and light in rice plant?" Plant Physiol.114. 483-491 (1997)
• [文献書誌] Tamaoki,M.: "Isolation and characterization of cDNA clones with enhanced expression in tobacco plants expressing the rice homeobox gene,OSH1." Plant Cell Physiol.38. 638-642 (1997)
• [文献書誌] Tamaoki,T.: "Dorsoventral pattern formation of tobacco leaf involves spatial expression of a tobacco homeobox gene,NTH15." Genes Genet.Syst.72. 1-8 (1997)
• [文献書誌] Sanmiya,K.: "Cloning of a cDNA that encodes farnesyl diphosphate synthase and the blue-light-induced expression of the corresponding in the leaves of rice plants." Biochim.Biophys.Acta. 1350. 240-246 (1997)
• [文献書誌] Tamaoki,M.: "Ectopic expression of a tobacco homeobox gene,NTH15,dramatically alters leaf morphology and hormone levels in transgenic tobacco." Plant Cell Physiol.38. 917-927 (1997)
• [文献書誌] Akagi,H.: "Highly polymorphic microsatellites of rice consist of AT repeats,and a classification of closely related cultivars with these microsatellite loci." Theor.Appl.Genet.94. 61-67 (1997)
• [文献書誌] Kodama,H.: "Structure,chromosomal location and expression of a rice gene encoding the microsome w-3 fatty acid desaturase." Plant Mol.Biol.33. 493-502 (1997)