生分解性プラスチックを合成する遺伝子組換え植物の創出

创造合成可生物降解塑料的转基因植物

基本信息

批准号：
16710059
负责人：
松本謙一郎
金额：
$ 2.24万
依托单位：
Tokyo University of Science (2005)The Institute of Physical and Chemical Research (2004)
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Young Scientists (B)
财政年份：
2004
资助国家：
日本
起止时间：
2004 至 2005
项目状态：
已结题

项目摘要

ポリヒドロキシアルカン酸(PHA)は微生物が合成する貯蔵物質であり、生分解性を有するプラスチックとして利用できることから、環境低負荷型のエコ材料として期待されている。当研究課題では、微生物のPHA生合成系遺伝子群を植物に導入することにより、太陽光と二酸化炭素からPHAを直接生産するシステムの開発を目指した。これにより、PHAの実用化への最大の障壁である生産コストが削減できる可能性がある。PHAはモノマー組成に依存して物性が変化することが知られており、炭素数が4(短鎖)のモノマーユニットを主成分とし、少量の炭素数が6以上(中鎖)のモノマーユニットを含む共重合体は、柔軟性がよく幅広い応用範囲が期待できる。しかし、植物細胞内には有効な中鎖のモノマー供給系が存在しないため、共重合体の合成は非常に困難であった。そこで当研究室グループで作成された新規な中鎖モノマー供給酵素である大腸菌由来変異型3-ketoacyl-ACP synthase III (FabH)を用いて、植物の葉緑体内での共重合体の合成を試みた。Pseudomonas sp.61-3及びWautersia eutropha由来のPHA生合成系遺伝子群と変異FabH遺伝子を導入したシロイヌナズナの組換え株は、PHA生合成系遺伝子群のみを導入した組換え株と比較して約2倍のPHAを蓄積した。さらにごく微量ではあるが、炭素数が6〜14のモノマーユニットを含む短鎖・中鎖共重合体が合成された。これより、植物の葉緑体内で中鎖のモノマーを供給する代謝経路の構築に成功した。また、変異型FabHは中鎖よりも短鎖モノマーの供給能力のほうが高いことが分かった。

聚羟基烷酸（PHA）是由微生物合成的储存物质，可用作生物降解塑料，因此有望成为一种对环境影响较小的环保材料。在这个研究项目中，我们的目标是通过将微生物PHA生物合成基因引入植物中，开发一种直接利用阳光和二氧化碳生产PHA的系统。这有可能降低生产成本，而生产成本是 PHA 实际应用的最大障碍。已知PHA的物理性质根据单体组成而变化，主要成分为碳原子数为4的单体单元（短链），以及少量碳原子数为6以上的单体单元（中链）含有该材料的共聚物具有良好的柔韧性，有望得到广泛的应用。然而，由于植物细胞内没有有效的中链单体供应系统，因此合成共聚物极其困难。因此，我们尝试使用源自大肠杆菌的突变体 3-酮酰基-ACP 合酶 III (FabH) 在植物叶绿体中合成共聚物，这是我们实验室小组创建的一种新型中链单体供应酶。导入了来自假单胞菌sp.61-3和Wautersia eutropica的PHA生物合成系统基因和突变型FabH基因的拟南芥重组菌株积累了大约2倍的PHA。此外，还合成了含有 6 至 14 个碳原子的单体单元的短链和中链共聚物，尽管数量非常少。结果，他们成功构建了一条在植物叶绿体内提供中链单体的代谢途径。此外，发现突变体FabH比中链单体具有更高的供应短链单体的能力。