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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

使用细胞壁松弛肽和携带核酸的纳米胶束将基因高效转移到植物叶绿体中

基本信息

批准号：
22K14575
负责人：
宮本昂明
金额：
$ 2.91万
依托单位：
Institute of Physical and Chemical Research
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Early-Career Scientists
财政年份：
2022
资助国家：
日本
起止时间：
2022-04-01 至 2024-03-31
项目状态：
已结题

项目摘要

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。

The purpose of this study is to establish a new method for cell wall relaxation, chloroplast labeling, nucleic acid incorporation, and high efficiency gene transfer. In 2022, the effect of ZIL treatment on cell wall permeability and cytotoxicity was discussed in detail. ZIL treatment conditions were optimized for plant cell wall permeability. In addition, ZIL treatment can increase the efficiency of gene introduction by 2~4 times. The results showed that the cell wall permeability was higher than that of the control group, and the cell wall permeability was higher than that of the control group. In one case, ZIL treatment can improve the particle introduction when the diameter is 100 nm and the particle diameter is 200 nm. In the future, the permeability of cell wall will be improved, and the structure of bisexual cell will be combined with the structure of cell wall. The results of this study are as follows: Chloroplast migration and membrane permeability, anti-acidification activity, anti-acidification activity, anti-acidification activity and anti-acidification activity. The anti-acidification activity of the chloroplasts is used to eliminate active acid species and protect photosynthetic functions.