重金属高排出能をもつ植物の分子基盤の解明

阐明具有高重金属排泄能力的植物的分子基础

• 批准号: 12J07609
• 负责人: 國廣 俊太
• 金额: $ 1.15万
• 依托单位: Tohoku University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for JSPS Fellows
• 财政年份: 2012
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2012 至 2013
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-12J07609/
• 关键词: カドミウム; FOXハンティング; OsREX1-S; DNA修復; イネ; シロイヌナズナ; 紫外線; スクリーニング; OsDEP1; ファイトレメディエーション; 酵母

カドミウム(Cd)などの有害な重金属で汚染された土壌を植物で修復する技術、ファイトレメディエーション法の確立に向けて、イネからCd耐性機能を持つ遺伝子の探索を行った。イネの全長cDNAが導入されたシロイヌズナの種子プール(FOXハンティング)をCd含有培地でスクリーニングを行い、耐性を示したFOX26系統の所有する遺伝子のシークエンス解析をした。その結果、OsREX1-S遺伝子が見つかった。OsREX1-Sは、131アミノ酸からなるタンパク質であり、クラミドモナスのCrREX1-Sや分裂酵母やヒトのTFIIH転写複合体の10番目のサブユニットであるTFB5(=p8)と高い相同性を示した。このことからOsREX1-は、植物細胞の核への局在が予測したが、OsREX1-S-GFP融合タンパク質を用いた実験により核局在を実証した。FOX26で見られたCd耐性の形質が、OsREX1-S遺伝子に依ることを確認するためにアグロバクテリウム法によりOsREX1-S遺伝子過剰発現シロイヌナズナを作製した。独立した2系統両方も、Cd耐性を示した。従って、FOX26が示したCd耐性はOsREX1-S遺伝子に依ると結論した。これらの植物体は紫外線(UVB)耐性も示した。そこでこれら植物体にUVB照射後、DNA光回復酵素が機能しない赤色光条件下で生育させ、各植物体からゲノムDNAを調製し、シクロブタンピリミジン2量体(CPD)の量を、抗CPD抗体を用いたELISA法で検定した。その結果、OsREX1-S発現系統は野生株よりもCPDの量が有意に低下した。従って、OsREX1-S過剰発現株ではDNA除去修復活性が高まっていることが強く示唆された。次に、DNA鎖の切断や2本鎖架橋構造の誘導を引き起こす薬剤であるブレオマイシンやマイトマイシンCを野生株とOsREX1-S発現株に処理した。その結果、OsREX1-S過剰発現株は野生株に比べ、より耐性となることを確認した。以上の結果から、OsREX1-Sを高発現した植物は、宿主のTFIIH複合体を安定させ、DNA損傷修復能を高めると考察した。

为了建立植物修复技术，即利用植物修复被镉（Cd）等有害重金属污染的土壤，我们在水稻中寻找具有耐镉功能的基因。在含有Cd的培养基上筛选导入了全长水稻cDNA的拟南芥种子库(FOX狩猎)，并对表现出抗性的FOX26品系所拥有的基因进行测序。结果发现了OsREX1-S基因。 OsREX1-S 是一种由 131 个氨基酸组成的蛋白质，与衣藻的 CrREX1-S 和裂殖酵母的第 10 个亚基 TFB5 (=p8) 和人 TFIIH 转录复合物表现出高度同源性。据此，我们预测 OsREX1- 将定位于植物细胞的细胞核，但使用 OsREX1-S-GFP 融合蛋白的实验证明了细胞核定位。为了确认 FOX26 中观察到的 Cd 抗性性状依赖于 OsREX1-S 基因，我们使用农杆菌方法生成了过表达 OsREX1-S 基因的拟南芥。两条独立的品系也表现出镉抗性。因此，我们得出结论，FOX26 表现出的 Cd 抗性取决于 OsREX1-S 基因。这些植物还表现出抗紫外线（UVB）能力。因此，在UVB照射后，将这些植物在DNA光活化酶不起作用的红光条件下生长，从每株植物制备基因组DNA，并使用抗CPD抗体测定环丁烷嘧啶二聚体(CPD)的量。使用ELISA方法进行测试。结果，OsREX1-S表达系中的CPD量显着低于野生型菌株中的量。因此，强烈表明OsREX1-S过表达菌株中DNA切除修复活性增强。接下来，用博来霉素和丝裂霉素C处理野生型菌株和OsREX1-S表达菌株，这些药物会导致DNA链断裂并诱导双链交联结构。结果证实OsREX1-S过表达株比野生型具有更强的抗性。基于上述结果，我们认为高表达OsREX1-S的植物可以稳定宿主的TFIIH复合物并增加其修复DNA损伤的能力。

项目成果

Overexpression of rice OsREX1-S, encoding a putative component of the core general transcription and DNA repair factor IIH, renders plant cells tolerant to cadmium- and UV-induced damage by enhancing DNA excision repair

水稻 OsREX1-S 的过度表达（编码核心通用转录和 DNA 修复因子 IIH 的推定成分）通过增强 DNA 切除修复，使植物细胞能够耐受镉和紫外线诱导的损伤

• DOI: 10.1007/s00425-014-2042-1
• 发表时间: 2014
• 影响因子: 4.3
• 作者: Shuta Kunihiro; 他8名
• 通讯作者: 他8名

三量体Gタンパク質のγサブユニットをコードするイネOsDEP1遺伝子は、酵母と植物にカドミウム耐性を与える

水稻 OsDEP1 基因编码三聚体 G 蛋白的 γ 亚基，赋予酵母和植物对镉的耐受性。

• 发表时间: 2013
• 作者: 國廣俊太;井上雅貴;他7名
• 通讯作者: 他7名

A novel rice gene congerring cadmium-tolerance to yeast plant cells

一种新的水稻基因对酵母植物细胞的镉耐受性

• 发表时间: 2012
• 作者: Shuta Kunihiro; Taiki Matsuda; 他6名
• 通讯作者: 他6名

Rice OsDEP1, encoding a cysteine-rich G protein subunit determining panicle morphology, renders cadmium-tolerance to yeast and plant

水稻 OsDEP1 编码富含半胱氨酸的 G 蛋白亚基，决定穗形态，使酵母和植物具有镉耐受性

• 发表时间: 2012
• 作者: Shuta Kunihiro; Tatsuhiko Saito; 他7名
• 通讯作者: 他7名

イネ遺伝子OsREX1-SはDNA損傷修復能を高めることにより植物にカドミウム耐性を付与する

水稻基因 OsREX1-S 通过增加 DNA 损伤修复能力赋予植物镉耐受性。

• 发表时间: 2013
• 作者: 國廣 俊太;他8名
• 通讯作者: 他8名