研究の目的
細胞壁糖鎖を特異的に分解する酵素を発現させたシロイヌナズナ及びポプラの形質転換体や細胞壁糖鎖の生合成酵素を欠損した半数体タバコ変異体の解析、並びに細胞壁糖鎖合成に関わる酵素・タンパク質の解析を行うことにより、植物の成長や発生現象及びバイオマスとしての細胞壁の特性に深く関わるヘミセルロースやペクチン等の細胞壁マトリックス糖鎖の機能と生合成機構を解明し、その知見をもとに、作物や林木の形質を遺伝子組換え技術を用いて改変し、有用品種作出の基盤を形成することを目的とする。
研究項目及び実施体制(◎は研究代表者)
- 植物細胞の成長制御機構の解明
(林 隆久・馬場 啓一/京都大学生存圏研究所) - 植物細胞の成長制御機構の解明
(◎佐藤 忍・岩井 宏暁/筑波大学大学院生命環境科学研究科) - 細胞壁マトリックス糖鎖の構造と生合成機構の解明
(石井 忠/森林総合研究所バイオマス化学領域)
研究の内容及び主要成果
- セルラーゼ、キシログルカナーゼ、キシラナーゼ、ガラクタナーゼ、ポリガラクチュロナーゼを過剰発現するポプラとシロイヌナズナを作出し、それらの成長や形態に関わる形質を明らかにした。特にキシログルカナーゼ過剰発現ポプラは成長が早く、材の比重が高く、優れた形質を示す一方、引張あて材による姿勢制御能が著しく低かった。あて材細胞壁G層にキシログルカン転移酵素活性がみられ、キシログルカンが応力発生に重要なことが示唆された。
- ペクチン-ホウ素架橋に関わるペクチン合成関連遺伝子NpGUT1(ペクチングルクロン酸転移酵素)の発現が、メリステム組織の細胞質分裂、生殖組織の発達及び受精に必須であることを明らかにした。また、細胞壁タンパク質LRR-EXTENSINが、細胞形態の維持に重要であることを明らかにした。
- 細胞壁糖鎖に含まれるアラビノフラノースは、UDP-アラビノピラノースからではなくUDP-アラビノフラノースから合成されることを明らかにした。また、イネの幼葉鞘からUDP-アラビノピラノースをUDP-アラビノフラノースに変換するUDP-アラビノピラノースムターゼを単離・同定した。
見込まれる波及効果
キシログルカナーゼを発現する遺伝子組換えポプラの野外試験が進行中で(産業利用目的の野外試験は我が国初)、組換え樹木の産業利用が期待される。また、ペクチン合成遺伝子を用いた不稔形質導入法が開発され、新しい育種技術として期待される。アラビノフラノース合成に関わる遺伝子が初めて同定され、茎や葉などが易分解性であるイネの作出などへの応用が期待される。
主な発表論文
- Park Y.W. et al.: Enhancement of growth and cellulose accumulation by overexpression of xyloglucanase in poplar.FEBS Letters 564: 183-187 (2004)
- Hayashi T. et al.: Cellulose metabolism in plants. International Review of Cytology 247: 1-34 (2005)
- Iwai H. et al.: The gene responsible for borate cross-linking of pectin RG-II is required for plant reproductive tissue development and fertilization. Proc. Natl. Acad. Sci. USA 103: 16592-16597 (2006)
- Konishi T. et al.: Identification of the mung bean arabinofuranosyltransferase that transferes arabinofuranosyl residues onto (1, 5)-linked-?-L-arabino-oligosaccharides. Plant Physiology 141: 1098-1105 (2006)
- Konishi T. et al.: A plant mutase that interconverts UDP-arabinopyranose and UDP-arabinofuranose. Glycobiology 17: 345-354 (2007)
研究のイメージ
