重金属汚染土壌の浄化を目指した植物体の創出の基礎的研究

2002 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 12876072
• 研究機関: 筑波大学
• 研究代表者: 藤村 達人 筑波大学, 農林工学系, 教授 (70292513)
• キーワード: 重金属 / カドミウム / 耐性 / 環境浄化 / 遺伝子

研究概要

土壌の重金属(カドミウム)汚染を効率良く吸収する浄化能力を高めた植物を作出することを最終的な目標として研究を進めている。本研究においては、カドミウムを蓄積無害化するタンパク質の発見をめざして、これらの重金属を効率良く蓄積するとされている植物から、重金属の蓄積に関する遺伝子をクローニングし、酵母・大腸菌などを用いて当該遺伝子を発現させ、その機能を確認することを進めた。その結果、重金属を良く吸収蓄積する植物であるカラシナ、および、重金属高度汚染地に唯一生存可能で重金属を高濃度で吸収するヘビノネゴザから、重金属を無毒化する遺伝子を獲得することに成功した。これらの遺伝子のcDNAを酵母の発現ベクターに結合し、カドミウムに感受性である酵母に導入して、その耐性能力が変化するかどうかを調べた。その結果、これらの遺伝子を導入した酵母の各々が元株に比べて6倍の濃度のカドミウム濃度に耐性を有していることが明らかとなった。これらの遺伝子の構造を解析したところ何れもファイトケラチン合成酵素をコードする遺伝子であることが明らかとなった。ファイトケラチンは重金属を選択的にキレートし無毒化する非タンパク性のポリペプチド物質であることがことが知られており、たぶんこの物質を合成することでカドミウムの無毒化がなされていると考えられる。ヘビノネゴザは重金属汚染地のみならず、山地に広く分布する。重金属汚染地である山形県の鉱山跡地および非汚染地である筑波山からヘビノネゴザを採取してノザン分析を行ったところ、山形産のもののみに発現が確認された。この発現は重金属を含まない土壌で栽培した場合でも見られた。このことは、汚染地域で生育するヘビノネゴザにおいては、何らかの恒常的にファイトケラチンが合成するような変異が生じており、それによって耐性が強まっている可能性を示している。

研究成果

• [文献書誌] K.Mizuno, A.Okuda, M.Kato, N.Yoneyama, H.Tanaka, H.Ashihara, T.Fujimura: "Isolation of a new dual-functional caffeine synthase gene encoding an enzyme for the conversion of 7-methylxanthine to caffein from coffee (Coffea arabica L.)"FEBS Letters. 534/1-3. 75-81 (2003)
• [文献書誌] Sun-Hyung Kim, Kouichi Mizuno, Tatsuhito Fujimura: "Regulated expression of ADP-glucose pyrophosphorylase(AGPase) and chalcone synthases (CHS) during root development in sweet potato"Plant Growth Regulation. 38/1. 173-179 (2002)
• [文献書誌] Taishi Umezawa, Kouichi Mizuno, Tatsuhito Fujimura: "Discrimination of genes expressed in response to the ionic or osmotic effect of salt stress in soybean with cDNA-AFLP"Plant, Cell&Environment. 25. 1617-1625 (2002)
• [文献書誌] Sun-Hyung Kim, Kouichi Mizuno, Tatsuhito Fujimura: "Isolation of MADS-box genes from sweet potato (Ipomoea batatas(L.)Lam.) expressed specifically in vegetative tissues"Plant Cell Physiol. 43(3). 314-322 (2002)
• [文献書誌] Sun-Hyung Kim, Kouichi Mizuno, Shinichi Sawada, Tatsuhito Fujimura: "Regulation of tuber formation and ADP-glucose pyrophosphorylase (AGPase) in sweet potato (Ipomoea batatas (L.) Lam.) by nitrate"Plant Growh Regulation. 37. 207-213 (2002)