必須金属栄養素の吸収、移行と分配の分子機構

2006 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 17078002
• 研究機関: 東京大学
• 研究代表者: 西澤 直子 東京大学, 大学院・農学生命科学研究科, 教授 (70156066)
• 研究分担者: 高橋 美智子 東京大学, 大学院・農学生命科学研究科, 特任助教 (90345182)
• キーワード: ミネラル栄養 / 金属錯体トランスポーター / ニコチアナミン / ムギネ酸 / 環境耐性作物

研究概要

植物は土壌中から必須栄養素である鉄や亜鉛などの金属元素を、トランスポーターによって細胞内に吸収し、必要とされる部位に送り込む。金属元素は生体機能の維持に必須であると同時に、過剰に存在すると障害を生じるため、植物はトランスポーターを制御することにより金属元素の吸収を厳密に制御している。我々はイネの「金属・キレート」複合体トランスポーターをコードすると想定される18個の遺伝子を単離した。これらの遺伝子についてその機能を解析し、植物における必須金属栄養素の吸収、移行、分配の分子機構において「金属・キレート」複合体トランスポーターの果たす役割を明らかにすることを目的として研究を進めた。
「金属・ニコチアナミン」トランスポーターであるOsYSL2の過剰発現イネとRNAi発現抑制イネを作出し、OsYSL2が種子中への鉄の移行と蓄積に重要な機能を果たすトランスポーターであることを証明した。OsYSL15はイネが土壌中から「鉄・デオキシムギネ酸」を吸収するためのトランスポーターであることを明らかにした。またイネは2価鉄トランスポーターにより、2価鉄も吸収することを明らかにした。アルカリ条件でも高い活性を保つように完全人工合成した改変型3価鉄キレート還元酵素遺伝子を、2価鉄トランスポーターのプロモーターに繋いでイネに導入し、3価鉄還元活性と2価鉄トランスポーターの発現を同調させた形質転換イネは、石灰質アルカリ土壌における鉄欠乏に顕著な耐性を示し、収量は野生型の約7.9倍となった。
上記の成果は、Proc. Natl. Acad. Sci. USA(2007)に掲載され、コメンタリー欄でも重要なトピックとして紹介され、一般の新聞各紙にも報道され反響を呼んだ。中間評価でも「特筆すべき成果」として高く評価されている。この論文以外にも原著論文として合計23報を発表した。

研究成果

• [雑誌論文] The transcription factor IDEF1 regulates the response to and tolerance of iron deficiency in plants. (2007)
  • 著者名/発表者名: Kobayashi T
  • 雑誌名: Proceedings of the National Academy of Sciences of the USA (in press)
• [雑誌論文] Transgenic rice lines that include barley genes have increased tolerance to low iron availability in a calcareous paddy soil. (2007)
  • 著者名/発表者名: Suzuki M
  • 雑誌名: Soil Science and Plant Nutrition 53(in press)
• [雑誌論文] Expression and enzyme activity of glutathione reductase is upregulated by Fe-deficiency in graminaceous plants (2007)
  • 著者名/発表者名: Bashir K
  • 雑誌名: Plant Molecular Biology 65 ページ: 277-284
• [雑誌論文] Overexpression of the OsZIP4 zinc transporter confers disarrangement of zinc distribution in rice plants. (2007)
  • 著者名/発表者名: Ishimaru Y
  • 雑誌名: Journal of Experimental Botany 58 ページ: 2909-2915
• [雑誌論文] A method for obtaining high integrity RNA from developing aleuronecells and starchy endosperm in rice(Oryza sativa L.)by laser microdissection. (2007)
  • 著者名/発表者名: Ishimaru T
  • 雑誌名: Plant Science 173 ページ: 321-326
• [雑誌論文] The rice bHLH protein OsIRO2 is an essential regulator of the genes involved in Fe uptake under Fe-deficient conditions. (2007)
  • 著者名/発表者名: Ogo Y
  • 雑誌名: The Plant Journal 51 ページ: 366-377
• [雑誌論文] Promoter analysis of iron-deficiency-inducible barley IDS3 gene in Arabidopsis and tobacco plants. (2007)
  • 著者名/発表者名: Kobayashi T
  • 雑誌名: Plant Physiology and Biochemistry 45 ページ: 366-377
• [雑誌論文] Mutational reconstructed ferric chelate reductase confers enhanced tolerance in rice to iron deficiency in calcareous soil. (2007)
  • 著者名/発表者名: Ishimaru Y
  • 雑誌名: Proceedings of the National Academy of Sciences of the USA 104 ページ: 7373-7378
• [雑誌論文] The expression of iron homeostasis-related genes during rice germination. (2007)
  • 著者名/発表者名: Nozoye T
  • 雑誌名: Plant Molecular Biology 64 ページ: 35-47
• [雑誌論文] Highly sensitive quantitative analysis of nicotianamine using LC/ESI-TOF-MS with an internal standard. (2007)
  • 著者名/発表者名: Wada Y
  • 雑誌名: Bioscience, Biotechnology and Biochemistry 71 ページ: 435-441
• [雑誌論文] Metabolic engineering of Saccharomyces cerevisiae producing nicotianamine: Potential for industrial biosynthesis of a novel antihypertensive substrate. (2006)
  • 著者名/発表者名: Wada Y
  • 雑誌名: Bioscience, Biotechnology and Biochemistry 70 ページ: 1408-1415
• [雑誌論文] GAMYB controls different sets of genes and is differentially regulated by micro RNA in aleurone cells and anthers. (2006)
  • 著者名/発表者名: Tsuji H
  • 雑誌名: The Plant Journal 47 ページ: 427-444
• [雑誌論文] Biosynthesis and Secretion of Mugineic Acid Family Phytosiderophores in Zinc-deficient Barley. (2006)
  • 著者名/発表者名: Suzuki M
  • 雑誌名: The Plant Journal 48 ページ: 85-97
• [雑誌論文] 52 Mn translocation in barley monitored using a positron-emitting tracer imaging system. (2006)
  • 著者名/発表者名: Tsukamoto T
  • 雑誌名: Soil Science and Plant Nutrition 52 ページ: 717-725
• [雑誌論文] Isolation and characterization of IRO2, a novel iron-regulated bHLH transcription factor in graminaceous plants. (2006)
  • 著者名/発表者名: Ogo Y
  • 雑誌名: Journal of Experimental Botany 57 ページ: 2867-2878
• [雑誌論文] Cloning and characterization of deoxymugineic acid synthase genes from graminaceous plants. (2006)
  • 著者名/発表者名: Bashir K
  • 雑誌名: Journal of Biological Chemistry 281 ページ: 32395-32402
• [雑誌論文] Iron deficiency enhances cadmium uptake and translocation mediated by the Fe^<2+> transporters OsIRT1 and OsIRT2 in rice. (2006)
  • 著者名/発表者名: Nakanishi H
  • 雑誌名: Soil Science and Plant Nutrition 52 ページ: 464-469
• [雑誌論文] Rice plants take up iron as an Fe^<3+> -phytosiderophore and as Fe^<2+>. (2006)
  • 著者名/発表者名: Ishimaru Y
  • 雑誌名: The Plant Journal 45 ページ: 335-346
• [雑誌論文] Isolation of MaDEF from Muscari armeniacum and analysis of its expression using laser microdissection. (2006)
  • 著者名/発表者名: Nakada M
  • 雑誌名: Plant Science 170 ページ: 143-150
• [図書] Rice Biology in the Genomics Era (2007)
  • 著者名/発表者名: Kobayashi T
  • 出版者: Springer Inc.(In press)
• [図書] Physiologia Plantarum (2007)
  • 著者名/発表者名: Ishimaru Y
  • 出版者: Springer Inc.(In press)
• [図書] 蛋白質 核酸 酵素 (2007)
  • 著者名/発表者名: 板井玲子
  • 総ページ数: 6
  • 出版者: 共立出版
• [図書] Plants and Rhizospheric Microorganisms (2006)
  • 著者名/発表者名: Kobayashi T
  • 総ページ数: 41
  • 出版者: Springer Inc.