浸透圧センサーATHK1を分子素材とした環境ストレス耐性植物の作出
要約
浸透圧センサーATHK1の遺伝子操作により、複数の環境ストレス耐性に関与する遺伝子群の発現量を操作し、乾燥、塩、低温ストレス耐性を付加した遺伝子組換え植物を作出できる。
背景・ねらい
遺伝子操作による環境ストレス耐性作物の実用化には、どのようにして複数の遺伝子群をストレス時に同時に発現させるかが大きな課題となっている。乾燥耐性に直接働く多数の遺伝子の発現を統括的に制御しているシグナル受容体（浸透圧センサーATHK1）に着目し、ATHK1遺伝子を分子素材とした環境ストレス耐性植物の分子育種を試みる。
成果の内容・特徴
- モデル植物シロイヌナズナから単離したヒスチジンキナーゼATHK1は、酵母の中で浸透圧センサーとして機能する。
- ATHK1遺伝子内にランダムに塩基置換を導入し、野生型ATHK1の活性を阻害する6種類のドミナントネガテイブ型ATHK1変異遺伝子を単離した。
- ドミナントネガテイブ型ATHK1変異遺伝子を過剰発現させた遺伝子組換え植物は、乾燥、塩、低温ストレス耐性に関与する多くの遺伝子の発現量が増加し、乾燥、高塩濃度および低温ストレスに対して耐性を示す（図1および図2）。この結果は、ATHK1が負の調節因子として働いており、その機能が抑えられることによってストレス応答を模倣したためと考えられる。
- このように、ひとつの遺伝子（浸透圧センサー）の人為的操作により、複数の環境ストレス耐性に関与する遺伝子群の発現量を操作することができ、乾燥、塩、低温ストレス耐性を付加することができる。
成果の活用面・留意点
- シロイヌナズナの浸透圧センサーATHK1遺伝子を分子素材とした環境ストレス耐性作物の開発に活用する。
- 強力な発現誘導を促すプロモーターでATHK1遺伝子を過剰発現させた場合には、遺伝子組換え植物は通常の生育環境下でもストレス時と同じぐらい生育が遅くなるため、ストレスを受けた時にだけATHK1遺伝子の発現を誘導するようなプロモーターと組み合わせる必要がある。
具体的データ
- Affiliation
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国際農研 生物資源部
- 分類
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研究
- 予算区分
- 基盤
- 研究課題
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高等植物の環境ストレス受容機構の解明
- 研究期間
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2002年度（1998～2002年度）
- 研究担当者
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浦尾 剛 ( 生物資源部 )
篠崎 和子 ( 生物資源部 )
- ほか
- 発表論文等
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Urao, T., Yakubov, B., Satoh, R., Yamaguchi-Shinozaki, K., Seki, M., Hirayama, T. and Shinozaki, K. (1999): A transmembrane hybrid-type histidine kinase in Arabidopsis functions as an osmosensor. Plant Cell, 11, 1743-1754.
Urao, T., Yamaguchi-Shinozaki, K. and Shinozaki, K. (2000): Two-component system in plant signal transduction. Trends in Plant Science, 5, 67-74.
Urao, T., Yamaguchi-Shinozaki, K. and Shinozaki, K. (2001): Plant histidine kinases: An emerging picture of two-component signal transduction in hormone and environmental responses. Science's STKE, 1-4.
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