細胞壁弛緩ペプチドと核酸運搬ナノミセルを利用した高効率な植物葉緑体への遺伝子導入

本研究の目的は、植物の細胞壁を弛緩させる化学処理手法と葉緑体を標的化した核酸含有ナノミセルを組み合わせることにより、葉緑体への高効率な遺伝子導入技術を確立することである。2022年度は、セルロースを溶解させる双性型イオン液体（ZIL）に注目し、ZIL処理が細胞壁透過性に与える影響と細胞毒性、ナノミセルの遺伝子導入に対する促進効果を詳細に検討した。その結果、植物細胞を傷害することなく結晶性セルロースを溶解できるZIL処理の条件を見出すことができ、最適化したZIL処理によって植物の細胞壁透過性を有意に向上させることに成功した。さらに、ZIL処理したモデル植物では、葉緑体標的化ナノミセルによる遺伝子導入効率が２～4倍向上することが明らかになった。これらの結果は、細胞壁の透過性向上によりナノミセルの遺伝子導入効率を高めるという本提案のコンセプトを実証するものである。一方で、ZIL処理は直径100 nmのミセルによる遺伝子導入を改善するが、ミセル直径が200 nmを超える場合には効果がないことが明らかになった。今後の計画では、細胞壁の透過性をさらに向上させるべく、双性型イオン構造を側鎖に組み込んだ合成ペプチドによる処理手法を検討していく予定である。また、予想外の結果として、ナノミセルを構成する葉緑体移行および膜透過ペプチドが抗酸化活性を持つことが明らかになった。これらの抗酸化活性を持つペプチドを利用して、葉緑体で過剰に生成される活性酸素種を消去し、光合成機能を保護できるかについても検証していく。

本研究の目的は、植物の細胞壁を弛緩させる化学処理手法と葉緑体を標的化した核酸含有ナノミセルを組み合わせることにより、葉緑体への高効率な遺伝子導入技術を確立することである。2022年度は、セルロースを溶解させる双性型イオン液体（ZIL）に注目し、ZIL処理が細胞壁透過性に与える影響と細胞毒性、ナノミセルの遺伝子導入に対する促進効果を詳細に検討した。その結果、植物細胞を傷害することなく結晶性セルロースを溶解できるZIL処理の条件を見出すことができ、最適化したZIL処理によって植物の細胞壁透過性を有意に向上させることに成功した。さらに、ZIL処理したモデル植物では、葉緑体標的化ナノミセルによる遺伝子導入効率が２～4倍向上することが明らかになった。これらの結果は、細胞壁の透過性向上によりナノミセルの遺伝子導入効率を高めるという本提案のコンセプトを実証するものである。一方で、ZIL処理は直径100 nmのミセルによる遺伝子導入を改善するが、ミセル直径が200 nmを超える場合には効果がないことが明らかになった。今後の計画では、細胞壁の透過性をさらに向上させるべく、双性型イオン構造を側鎖に組み込んだ合成ペプチドによる処理手法を検討していく予定である。また、予想外の結果として、ナノミセルを構成する葉緑体移行および膜透過ペプチドが抗酸化活性を持つことが明らかになった。これらの抗酸化活性を持つペプチドを利用して、葉緑体で過剰に生成される活性酸素種を消去し、光合成機能を保護できるかについても検証していく。