植物根への有害重金属元素の侵入をくい止める～植生回復を目指した研究基盤の確立

2017 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 17H03952
• 研究機関: 東京農業大学
• 研究代表者: 中村 進一 東京農業大学, 生命科学部, 教授 (00322339)
• 研究分担者: 俵谷 圭太郎 山形大学, 農学部, 教授 (70179919) ; 及川 彰 山形大学, 農学部, 准教授 (50442934) ; 大津 直子 東京農工大学, (連合)農学研究科(研究院), 准教授 (40513437) ; 鈴井 伸郎 国立研究開発法人量子科学技術研究開発機構, 高崎量子応用研究所 放射線生物応用研究部, 主幹研究員(定常) (20391287) ; 尹 永根 国立研究開発法人量子科学技術研究開発機構, 高崎量子応用研究所 放射線生物応用研究部, 主任研究員(定常) (50609708) ; 野副 朋子 明治学院大学, 教養教育センター, 講師 (90590208) ; 野下 浩二 秋田県立大学, 生物資源科学部, 助教 (40423008) ; 頼 泰樹 秋田県立大学, 生物資源科学部, 助教 (30503099)
• 研究期間 (年度): 2017-04-01 – 2021-03-31
• キーワード: グルタチオン / カドミウム / PETIS

研究実績の概要

本研究では生理活性ペプチドの一種であるグルタチオンが活性化する植物根におけるカドミウム(Cd)の吸収を抑制する現象に関してその分子メカニズムを解明するための研究を進め、農耕不可能な重金属汚染土壌においても作物の栽培が可能になる新たな栽培技術を確立することを目指している。平成29年度は研究の初年度であることから研究を推進するための基盤を構築することに注力した。
植物の根における部位特異的なグルタチオン処理に応答する根分泌タンパク質や根分泌低分子量物質を同定するために、目的物質を回収・分離する実験系を構築した。回収することができた根分泌タンパク質に関しては、二次元電気泳動の結果、複数のタンパク質がグルタチオン処理に応答してその存在量を変化させていることが明らかになった。また、回収することができた根分泌低分子量物質に関しては、メタボローム解析を行い、カドミウム動態に影響を及ぼす可能性がある物質の検索を行っている。アブラナの維管束組織を長距離移行する情報伝達物質に関してもメタボローム解析を行い、情報伝達に関与することが予想される物質の検索を行った。ポジトロンイメージング技術を用いたイメージング実験では根から分泌される光合成産物を可視化する実験系を構築することに注力した。また、根におけるグルタチオン処理に応答するいくつかのアブラナ根タンパク質を特定することもでき、平成30年度以降にそれらのタンパク質の機能解析・発現解析などを行うための準備を進めることができた。

現在までの達成度 (区分)

2: おおむね順調に進展している

理由

平成29年度に計画した研究を推進していくことによって、グルタチオンが植物根における重金属動態（カドミウム動態）に及ぼす影響の分子メカニズムを解明するための研究課題を具体的な形で抽出することができた。

今後の研究の推進方策

これまでに得られた研究成果に基づき、それぞれの研究課題を継続していく。その中でも今年度はグルタチオンに応答するアブラナタンパク質のプロテオーム解析に注力をする予定にしている。また、平成29年度に行った研究によって、植物根に与えたグルタチオンが機能する部位の一つを特定することができた。この部位におけるグルタチオンに応答して発現が変化する遺伝子を同定し、その機能を解析することによって、この現象の分子メカニズムを解明することができると考えた。そのため、この部位における発現遺伝子の網羅的な解析を新たな研究課題に加えることにした。マイクロアレイ解析に実績のある研究者を新たな研究分担者として迎え、この研究課題に取り組むことにした。

研究成果

• [学会発表] Evaluation of the effect of glutathione in root zone on cadmium behaviors in oilseed rape plants (2018)
  • 著者名/発表者名: S. Nakamura, N. Suzui, Y.-G. Yin, S. Ishii, S. Fujimaki, N. Kawachi, K. Noge, H. Rai, K. Izawa-Sato, T. Matsumoto
  • 学会等名: 第59回日本植物生理学会年会