研究項目及び実施体制(◎は研究代表者)
- 植物細胞レーザ加工システムの開発
(◎小林昭雄/大阪大学大学院工学研究科・応用生物工学専攻) - レーザ加工技術を用いた遺伝子導入技術の開発
(福井希一/大阪大学大学院工学研究科・応用生物工学専攻) - レーザ加工技術を用いた遺伝子導入法における導入遺伝子の構築
(原島 俊/大阪大学大学院工学研究科・応用生物工学専攻)
研究の目的
近年、植物の形質転換技術は目覚ましい進歩をとげ、植物育種は分子育種の時代に突入した。一方我が国では、植物の形質転換に関わる基本特許の殆どが欧米に帰属している事が大きな障害となり、実用的な形質転換植物の開発が極めて遅れている。また、従来の形質転換法はメガベース単位の改変染色体を植物細胞へ戻す技術の確立等、現状では解決されていない多くの問題を残している。本研究では、レーザ光の優れた加工特性を利用して、植物細胞を自在に加工できる植物細胞レーザ加工システムを構築するとともに、酵母人工染色体(YAC)等のサイズの大きい遺伝物質を植物に安定的に導入できる我が国独自の植物形質転換法の開発を目的とした。
研究の内容
上記目的を達成するため、(1) 植物細胞レーザ加工システムの開発、(2) レーザ加工技術を用いた遺伝子導入技術の開発、(3) 本遺伝子導入法に用いる導入遺伝子の構築、の3つの研究項目を柱として研究を遂行した。(1)では対象細胞に熱損傷を与えず,サブミクロンの精度で植物細胞壁に穿孔できるエキシマレーザを利用した植物細胞加工装置の開発を行った。(2)では,物理的強度の弱い巨大染色体等の遺伝物質を保護し,安定的にレーザ処理細胞へ導入する方法論の開発を行った。(3)では,YACの任意の部分を切り出し,(1)(2)の方法を用いて植物細胞に導入するための巨大遺伝子の調製方法について開発を行った。
主要な成果
- これまで困難であったインタクトな植物組織中の特定細胞の細胞壁に穿孔,削剥加工を施せるレーザ植物細胞加工装置の開発に成功するとともに,本装置を用いた植物形質転換に成功した。
- ミクロンサイズのアルギン酸カルシウムビーズ(バイオビーズ)にDNAをトラップすることにより,巨大DNAに物理的損傷を与えずに形質転換に利用できる方法を確立した。
- YACライブラリーとしてクローン化された植物染色体の任意領域を、植物細胞の直接形質転換が可能な選択符号を付与した形のYACとして自在に切り出し、調製できる巨大DNA加工技術の開発に成功した。
見込まれる波及効果
本研究で開発された技術は,既存形質転換法の特許回避を目的とした単なる代替技術ではなく,オルガネラ(遺伝子)の改変をも視野に入れた新規遺伝子改変技術であり,延いては食料品としての農作物や工業原料としての植物材料に全く新しい機能を付与する新しい方法論を提供するものである。
主な発表論文
- Kobayashi A., et al.: Laser-based method for cell wall and membrane perforation: Eur. Pat. Appl. (EP 1225221) pp.18 (2002),
- Kobayashi A., et al.: A method for introducing foreign materials into cells using a laser beam to perforate the cell membrane: Eur. Pat. Appl. (EP 1225228) pp. 21 (2002).
- Sone T., et al.: A novel gene delivery system in plants with calcium alginate micro-beads: J.Biosci. Bioeng.: 94:87-91(2001)
- Sugiyama M., et al.: Repeated chromosome splitting targeted to delta sequences in Saccharomyces cerevisiae:J. Biosci. Bioeng.:96:397-400(2003)
研究のイメージ
