光エネルギー利用ガス→ガス変換植物の創成と環境修復への活用の研究

2002 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 13556002
• 研究機関: 広島大学
• 研究代表者: 森川 弘道 広島大学, 大学院・理学研究科, 教授 (00089129)
• 研究分担者: 高橋 美佐 広島大学, 大学院・理学研究科, 助手 (10294513) ; 坂本 敦 広島大学, 大学院・理学研究科, 助教授 (60270477)
• キーワード: 亜酸化窒素 / 窒素酸化物 / 硝酸性窒素 / 脱窒 / 亜酸化窒素還元酵素(N2OR) / シロイヌナズナ / ウエスタン・プロット法 / 同位体窒素分析

研究概要

植物はNO2ガスや硝酸性窒素を亜酸化窒素(N2O)に変換する能力を有している。N2Oガスは地球温暖化ガスであると言われている。そこで、本研究では、遺伝子操作・選抜などにより、高等植物に「N2OガスをN2ガスに還元する能力」を付与し、以てNO2ガスを無害なN2ガスに変換する「ガス→ガス変換植物(脱窒植物)」の分子育種を目的とする。
(1)nosZの発現プラスミド導入形質転換植物の解析(高橋)
前年度に取得した、嫌気性脱窒細菌由来のnosZキメラ発現ベクターを発現させたシロイヌナズナ形質転換体を用い、ウエスタン・ブロット法でN2ORタンパク質の生成を解析・確認した。さらに、nosZ遺伝子導入シロイヌナズナから粗酵素標品を調製し、N2OR活性をベンジルビオロゲン法による測定について検討中である。
(2)植物のN2OまたはN2生成能の解析(森川)
昨年度までに、上記のnosZ発現ベクターを導入/選抜システムが確立したので、今後、モデル植物であるシロイヌナズナ以外に、約10種の植物の無菌植物培養体を用いてN2O発生を系統的に調査した。その結果、植物によるN2O発生量は種により著しく異なることが判明した(論文投稿中)。当初実験室内の塵挨の培養室への持ち込み(実験者に付着)を防止する目的で、エアーシャワーの設置を計画したが、その後この問題は無菌植物を用いることにより解決することとし、より有効な品目(重窒素ラベル窒素酸化物および実験補助謝金)に活用した。
(3)植物ゲノムにおけるnosZなど脱窒遺伝子ホモログの調査(坂本)
全ゲノム配列の決定されたシロイヌナズナ、イネ等のデータを用いて、植物ゲノムにバクテリア脱窒遺伝子(NOR, N2ORなど)のホモログがあるかどうかについて、調査した。これまでのところ、これら遺伝子のホモログの存在を肯定・否定する結果は得られていない。

研究成果

• [文献書誌] Y.Kawamura: "Selection of Rhododendron mucronatum plants that have a high capacity for nitrogen dioxide uptake"Acta Biotechnologica. 22. 113-120 (2002)
• [文献書誌] H.Morikawa: "Metabolism of nitrogen dioxide in plants-Assimilation, dissimilation and novel metabolites"Physiology and Molecular Biology of Plants. 8・1. 19-29 (2002)
• [文献書誌] A.Sakamoto: "Arabidopsis glutathione-dependent formaldehyde dehydrogenase is an S-nitrosoglutathione reductase"FEBS Letters. 515. 20-24 (2002)
• [文献書誌] K.Kondo: "Regeneration and transformation of a roadside tree Pittosporum tobira A"Plant Biotechnology. 19・2. 135-139 (2002)
• [文献書誌] H.Morikawa: "Mechanism of transgene integration into a host genome by particle bombardment"Plant Biotechnology. 19. 219-228 (2002)
• [文献書誌] H.Morikawa: "Screening and genetic manipulation of plants for decontamination of pollutants from the environments"Biotechnology Advances. (in press).
• [文献書誌] A.Sakamoto: "Functional complementation in yeast reveals a protective role of chloroplast 2-Cys peroxiredoxin against reactive nitrogen species"Plant Journal. 33. 841-851 (2003)
• [文献書誌] H.Morikawa: "Basic Processes in Phytoremediation and Some Applications to Air Pollution Control"The Special Issue of Environmental Geochemistry and Health. (in press).
• [文献書誌] O.C.Erikin: "Development of regeneration and transformation systems for Raphiolepis umbellata L. plants using particle bombardment"Plant Biotechnology. (in press).
• [文献書誌] H.Morikawa: "Air Pollution and Biotechnology in plants"Springer-Verlag. 210 (2002)
• [文献書誌] T.Yoneyama: "Air Pollution and Biotechnology in Plants"Springer-Verlag. 210 (2002)
• [文献書誌] H.Morikawa: "Phytoremediation : Transformation and Control of Contaminants"John Wiley and Sons, Inc. 230 (2003)