コムギのハードニング反応性遺伝子

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要約

ハードニング誘導環境下において特異的に発現する遺伝子群を、コムギより単離し、その構造を明らかにし、ハードニング誘導に関する機能の推定を行った。ハードニング反応性遺伝子の一つは、葉緑体蛋白質をコードしており、ハードニング時の光障害の緩和の機能を持つものと推定される。

  • 担当:北海道農業試験場・地域基盤研究部・適応生態研究室
  • 連絡先:011-857-9211
  • 部会名:基盤研究
  • 専門:バイテク
  • 対象:麦類
  • 分類:研究

背景・ねらい

ハードニング誘導環境下において特異的に発現する遺伝子には、ハードニング誘導機構に関与するものがあると考えら れる。そこで、これらの遺伝子群を単離し、その構造を明らかにすることを試みた。また、あわせて、それらの遺伝子群の遺伝子発現パターンを明らかにし、 ハードニング誘導機構における遺伝子機能の推定を行った。

成果の内容・特徴

  • ハードニングによる耐凍性獲得能力(以下、ハードニング能力という)の高いコムギ秋まき品種Valuevskayaを材料に用い、4°C24時間のハードニ ング処理を施したseedlingよりcDNAライブラリーを作成した。ディファレンシャルスクリーニング法により、ハードニング処理特異的に発現が誘導 されるcDNAを単離して、その中から5種類のcDNAクローン(har3,har8,har9,har11,har12)について、その構造と発現パ ターンの解析を行った。
  • har3とhar8では、処理1日目から耐凍性がほぼ最高値に達する16日目までを通じて高い発現量が持続する。また、デハードニング処理1日でその発現 は急減する。一方、har12では、処理7日目までは、発現量が徐々に増大するが、16日目には微量レベルまで低下する(図1)。また、ハードニング誘導と関連がある乾燥・アブシジン酸及び塩ストレスの処理によって、各cDNAクローンの発現が誘導されるが、高温処理では、発現が認められない(図2)。
  • ハードニング能力のない低温感受性のイネにおいては、いずれのcDNAクローンの発現も見いだされない。一方、ハードニング能力の異なるコムギ品種間にお いては、cDNAクローンの発現パターンに差が見られ、これらのcDNAクローンとハードニング機構との関連が示唆される(図3)。
  • 塩基配列を決定した結果、har8は、コムギ低温反応性遺伝子Wcs120、Wcs66と高い相同性が見られ、これらのgenefamilyの一つである と推定される。har12は、葉緑体への移行を示すシグナルペプチド配列を持つ光誘導型の葉緑体ELIP蛋白質であると推定される。葉緑体ELIP蛋白質 は、光障害発生時における分解産物の除去に働くと考えられており、光だけではなく、低温でもその発現が誘導されることは、低温による光障害の緩和に機能し ていると考えられる。

成果の活用面・留意点

1. さらに詳細な機能解析のため、本研究で得られたcDNAクローンを導入したイネ形質転換体が作成中である。

2. これらのcDNAクローンの発現パターンから、コムギ品種のハードニング能力の推定が可能である。

 

具体的データ

図1.ハードニング及びデハードニング処理による反応性遺伝子の発現パターン

 

図2.ハードニング誘導との関与する処理及びストレスに対する発現パターン

 

図3.ハードニング能力の異なるコムギ3品種における発現パターンの比較

 

その他

  • 研究課題名:ハードニング誘導環境下で発現する遺伝子、誘導物質の探索・同定低温・乾燥による培養細胞の遺伝・生理的変異の解析
  • 予算区分:特別研究(ハードニング) バイテク先端技術研究(バイテク植物育種)
  • 研究期間:平成9年度(平成5年～9年)
  • 研究担当者:下坂悦生
  • 発表論文等:
    Shimosaka E,Tahahashi R, Kato A(1997) cDNA sequene analysis and expression of hardening-responsible genes in wheat (Triticum aestivum L.) in Gordon Research Conference "Temperature Stress in Plants".
    Shimosaka E,Sasanuma T, Ozawa K, Handa H (1997) Molecular analysis hardening-responsible genes in wheat. Proceedings of International Workshop on Plant-Microbe Interactions at Low Temperature Under Snow, 225-227