冠水抵抗性作物作出へ向けての分子育種学的研究

2000 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 12556002
• 研究機関: 東京大学
• 研究代表者: 平井 篤志 東京大学, 大学院・農学生命科学研究科, 教授 (60023470)
• 研究分担者: 吉羽 洋周 日立製作所, 中央研究所, 主任研究員 ; 中園 幹生 東京大学, 大学院・農学生命科学研究科, 助手 (70282697)
• キーワード: イネ / 冠水 / 嫌気ストレス / ALDH

研究概要

植物が冠水などの嫌気ストレスに弱い理由の一つとして、毒性の高いアセトアルデヒドの影響が考えられる。アセトアルデヒドは冠水中エタノール発酵の中間産物としても生じるが、主に冠水解除時に急激な酸素供給によるエタノールの酸化によって生じ、細胞の膜構造やタンパク質を変性させる。
アルデヒド脱水素酵素(ALDH)はアセトアルデヒドを酢酸に無毒化する酵素であり、イネでは少なくとも4種類の遺伝子が存在し、2種類は細胞質型であり、残りの2種類はミトコンドリア型であることを確認した。すでに解析してあるALDH2aに加え、細胞質型であるALDH1aとミトコンドリア型であるALDH2bの遺伝子を単離し、その塩基配列を決定した。
イネなど冠水抵抗性の高い植物では、冠水状態もしくは冠水解除時にミトコンドリア型のALDH2が発現し、アセトアルデヒドを無毒化している可能性が考えられる。イネの各器官における転写レベルの発現を調べると、ALDH2aは暗所で発芽させた芽生えの葉、花器官でのみ発現していたのに対してALDH2bはすべての器官で発現していた。
冠水状態におけるALDH2遺伝子の発現応答を調べるため、播種後7日目のイネを冠水処理し、ノーザン〓ションを行った。その結果ALDH2bのmRNAは冠水処理で急激に減少するが、ALDH2aのmRNAは冠水〓し、冠水解除すると元のレベルまで減少することが明らかとなった。

研究成果

• [文献書誌] Nakazono,M. et al.: "Characterization of two cDNA clones encoding rice F_1F_0-ATPase inhibitor proteins, both of which are targeted to mitochondria."Planta. 210. 188-194 (2000)
• [文献書誌] Tsuji,H. et al.: "Transcript levels of the nuclear-encoded respiratory genes in rice decrease by oxygen deprivation : evidence for involvement of calcium in expression of the alternative oxidase 1a gene."FEBS Lett.. 471. 201-204 (2000)
• [文献書誌] Li,Y. et al.: "Molecular and cellular characterizations of a cDNA clone encoding a novel isozyme of aldehyde dehydrogenase from rice."Gene. 249. 67-74 (2000)
• [文献書誌] Nakazono,M. et al.: "Expression of a gene encoding mitochondrial aldehyde dehydrogenase in rice increases under submerged conditions."Plant Physiol.. 124. 587-598 (2000)
• [文献書誌] Saisho,D. et al.: "ATP synthesis inhibitors as well as respiratory inhibitors increase steady-state level of alternative oxidase mRNA in Arabidopsis thaliana."J.Plant Physiol.. 158. 241-245 (2001)
• [文献書誌] Ohtsu,K. et al.: "Characterization and expression of the genes for cytochrome c oxidase subunit VIb (COX6b) from rice and Arabidopsis thaliana."Gene. (in press).