好冷性藻類の遺伝子を利用した植物の高温検知機構の解明と高温耐性化の試み

1998 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 08554034
• 研究機関: 愛媛大学
• 研究代表者: 林 秀則 愛媛大学, 理学部, 教授 (60124682)
• 研究分担者: 奥山 英登志 北海道大学, 大学院・地球環境科学研究科, 助教授 (90125295)
• キーワード: 高温耐性 / 熱変性 / ハプト藻 / 熱ショックタンパク質 / 好冷性細菌 / 遺伝子組み換え

研究概要

本研究では通常の植物の生育温度(10〜30℃)で変性し、かつ熱ショックタンパク質と相互作用するタンパク質を検索し、それらの遺伝子をラン藻に導入して、通常の生育温度で熱ショックタンパク質を大量に発現する形質転換体を作製することによって、植物における高温耐性の改変の可能性を検討することを目的とした。このために(1)一般的な細菌の酵素よりも低い温度で変性する可能性があるタンパク質を得るための第一歩として、好冷性生物であるハプト藻およびVibrio sp.Strain ABE-1のタンパク質の遺伝子クローニング、(2)ラン藻における外来遺伝子の発現及び高温耐性の改変を試みた。
好冷性生物から合計6種類の遺伝子を単離し、塩基配列から推定されたアミノ酸配列によってタンパク質を同定した。これらの中でハプト藻のribosomal proteinは既知のタンパク質と一致しているアミノ酸が少なく、低温で変性する可能性があり、これをラン藻において発現させ、その熱ショックタンパク質の発現および高温耐性の解析を行っている。またVibrio sp.Strain ABE-1の熱ショックタンパク質GroELの遺伝子の塩基配列をほぼ決定し、他の生物のGroELとほぼ同様のアミノ酸が保存されていることから、好冷性生物も他の生物と同様に高温ストレスに対する応答を示すことが明らかとなった。現在好冷性生物と通常の生物との熱ショック応答の違いを解析している。一方ラン藻に大量発現用プラスミドを利用して高等植物の低分子量熱ショックタンパク質を発現させた結果、野生株では耐えることのできない48℃の高温処理に対する生存の確率が上昇し、遺伝子導入によるラン藻における高温耐性の改変の可能性が明らかになった。

研究成果

• [文献書誌] Alia: "Enhancement of the tolerance of Arabidopsis to high temperatures by genetic engineering of the synthesis of glycinebetaine" Plant J.16. 155-161 (1998)
• [文献書誌] Hayashi,H.: "Enhanced germination under high-salt conditions of seeds of transgenic arabidopsisi with a bacterial gene (codA) for choline oxidase" J.Plant Res.111. 357-362 (1998)
• [文献書誌] Alia: "Transformation with a gene for choline oxidase enhances the cold tolerance of arabidopsis during germination and early growth." Plant Cell Environ.21. 232-239 (1998)
• [文献書誌] Nishiyama,Y: "Thermal Protection of the oxygen-evolving machinery by PsbU, and extrinsic protein of photosystem II in Synechococcus sp. PCC 7002." Plant Physiol.115. 1473-1480 (1998)
• [文献書誌] Hayashi,H.: "Transformation of Arabidopsis thaliana with the codA gene for choline oxidase;accumulation of glycinebetaine and enhanced tolerance to salt and cold stress" The Plant Journal. 12. 133-142 (1997)
• [文献書誌] Lee,C.B.: "Stabilization by glycinebetaine of photosynthetic oxygen evolution by thylakoid membranes from Synechococcus PCC7002" Mol.Cells. 7. 296-299 (1997)
• [文献書誌] Hayashi,H.: "Genetically engineered enhancement of salt stress in higher plants in "Stress Responses of Photosynthetic Organisms,K.Satoh and N.Murata eds."" Elsevier Science Publishers, 15(259) (1997)