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【技術/バイオマス】理化学研究所と米ジョージア大、木質細胞の二次細胞壁合成に関わる遺伝子を発見

1 :まぁいいかφ ★:2006/12/13(水) 21:15:23 ID:???
「陸上最大のバイオマス」の生産を制御する遺伝子を発見
- 転写因子「SND1」が繊維細胞の二次細胞壁成分の生合成を調節 -

平成18年12月11日

◇ポイント◇
・ 転写因子「SND1」がバイオマス生産を制御するマスター遺伝子と判明
・ SND1を抑制すると細胞壁が薄くなり植物体はへなへなに
・ 陸上バイオマスの生産性を効率的に高めるスーパー樹木の開発に期待

 独立行政法人理化学研究所(野依良治理事長)は、米国ジョージア大学のZheng-Hua Ye(ゼン-ファ・イェ)
博士との共同研究で、「陸上最大のバイオマス※1」のひとつである“植物繊維細胞の二次細胞壁”の生産を
制御する遺伝子として「SND1遺伝子」を同定しました。これは理研植物科学研究センター(篠崎一雄センター長)
形態制御研究チームの出村拓チームリーダーらによる研究成果です。

 陸上バイオマスの大部分は、樹木の幹を構成する木質細胞※2に由来します。木質細胞には、植物体の
支持に働く繊維細胞、水の通り道として働く道管、植物体の支持と水の通り道として働く仮道管があり、
これらの細胞がもつ二次細胞壁と呼ばれる厚い細胞壁が「陸上最大のバイオマス」の本体といえます。
これまでにこの二次細胞壁の構成成分(セルロース、ヘミセルロース、リグニン)の合成に関わる遺伝子が
いくつも同定されてきましたが、これらが協調して発現するための分子機構についてはほとんどわかって
いませんでした。

 すでに同研究チームの研究で、2種類の道管(原生木部道管・後生木部道管)の分化を制御する
マスター転写因子※3として「VND6」と「VND7」を同定していますが、今回の研究でVND6・VND7とよく似た
転写因子SND1が、繊維細胞の二次細胞壁形成を制御する鍵を握ることを突き止めました。
具体的には、SND1がシロイヌナズナの茎で繊維細胞に特異的に発現し、その機能を抑えると
繊維細胞の二次細胞壁形成が強く抑制されました。またSND1を強制的に働かせることによって
二次細胞壁の構成成分の合成に関わる遺伝子の発現が協調的に上昇し、それに伴って本来、
二次細胞壁を持たない細胞に二次細胞壁が形成されました。

 今後さらに、SND1・VND6・VND7の樹木における働きが解明されれば、より生産性が高く、バイオエネルギーに
転換しやすいなどの優れた品質を持ったスーパー樹木※4を生み出すことが可能になると期待されます。
本研究成果は、米国の科学雑誌『The Plant Cell』に12月14日オンライン掲載予定です。

(>>2-以降に続く、詳細はソースを御参照下さい)

ソース:独立行政法人 理化学研究所
http://www.riken.jp/r-world/info/release/press/2006/061211_2/detail.html

2 :まぁいいかφ ★:2006/12/13(水) 21:15:35 ID:???
1. 背 景
 陸上のおよそ30%(35億ヘクタール)は森林に覆われていて、この森林の樹木が蓄えているバイオマスは
1.2〜2.4兆トンにもおよびます。この量は人間が1年間に消費するエネルギーの約100倍に相当します。
この陸上バイオマスの由来となっている細胞が、木質細胞です。木質細胞には、植物体の支持として働く
繊維細胞、水の通り道として働く道管、植物体の支持と水の通り道として働く仮道管がありますが、
いずれの細胞も「二次細胞壁」と呼ばれる非常に厚い細胞壁を持ち、二次細胞壁にバイオマスエネルギーが
蓄えられています。したがって「陸上最大のバイオマス」の本体は木質細胞の二次細胞壁であるといえます。

 木質細胞の二次細胞壁形成のしくみについては、これまでに世界中で盛んに研究が進められ、
二次細胞壁の構成成分であるセルロース、ヘミセルロース、リグニンの合成に関わる遺伝子や
タンパク質がいくつも同定されてきました。これらが協調して発現してそれぞれの機能を発揮することによって
効率よく二次細胞壁が作られています。このため、これらを協調的に発現させるメカニズムを解明することが、
陸上バイオマスの生産性を制御するための応用利用につながると期待されます。

2. 研究手法と成果
 研究チームはこれまでに、「VND6」および「VND7」と名づけた互いによく類似したNACドメインタンパク質※5が
2種類の道管(原生木部道管・後生木部道管)の分化を制御するマスター遺伝子として働くことを明らかにしました
(平成17年8月15日プレス発表;http://www.riken.jp/r-world/info/release/press/2005/050815/index.html)。
今回の研究では、シロイヌナズナの茎に存在する繊維細胞で特異的に発現する転写因子を検索したところ、
VND6およびVND7と同じ遺伝子ファミリーに属するSND1(secondary wall-associated NAC domain protein 1)を
見出しました。詳細な観察から、SND1は繊維細胞のみに発現し、他の木質細胞である道管や二次細胞壁の
形成が起こらない細胞では全く発現しないことが分かりました(図1)。

3 :まぁいいかφ ★:2006/12/13(水) 21:15:45 ID:???
 SND1の役割を確かめるために、ドミナントリプレッション法※6を用いてSND1の機能を抑えたところ、
茎の強度が弱くなり、植物体がまっすぐ立たなくなることが分かりました。さらにこの茎の細胞を観察すると、
繊維細胞の二次細胞壁が極端に薄くなっていました(図1)。一方、SND1の働きを強制的に高めると
二次細胞壁成分の合成関連遺伝子の発現が協調的に上昇して、それに伴って本来は二次細胞壁を持たない
繊維細胞以外の細胞に二次細胞壁の形成が起こりました(図2)。しかしながら不思議なことにSND1の働きを
強制的に高めることで繊維細胞では本来の機能が抑制され、二次細胞壁が薄くなることもわかり、SND1が
適切なレベルで存在することが繊維細胞での正常な二次細胞壁形成に不可欠であることも明らかになりました。

 これらの結果から、SND1がシロイヌナズナにおいて繊維細胞の二次細胞壁成分の生合成を調節する重要な
転写因子として働くことがわかりました。

3. 今後の期待
 繊維細胞は、広葉樹では幹のほとんど(60〜90%)を占めています。この繊維細胞の厚い二次細胞壁に
バイオマスエネルギーが蓄えられていることから、今回の研究で「陸上最大のバイオマス」の生産を制御する
マスター遺伝子の同定に成功したと言えます。今後は、今回の研究で発見したSND1とこれまでに発見している
VND6とVND7が実際の陸上バイオマス生産の場である樹木の木質細胞でどのような役割を持つかを解明し、
その働きを調節することによって、より生産性が高く、バイオエネルギーに転換しやすいなどの優れた品質を
持ったスーパー樹木を生み出すことが可能になると期待されます。

4 :名無しのひみつ:2006/12/13(水) 22:22:15 ID:q+qd2Voj
へなへなになった木が見てみたい

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