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

• 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
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-22K14575/
• 关键词: 葉緑体改変; 遺伝子導入; ナノミセル; 双性型イオン液体; 細胞壁; 双性イオン型ペプチド; 葉緑体移行シグナル; 葉緑体

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。

は の purpose this study, the cell walls of plants の を atony さ せ る chemical 処 Richard gimmick と chloroplast を mark the し た nucleic acid containing ナ ノ ミ セ ル を group み close わ せ る こ と に よ り, chloroplast へ の traces of high rate of unseen な 伝 son import technology を establish す る こ と で あ る. 2022 annual は, セ ル ロ ー ス を dissolved さ せ る double sex イ オ ン liquid (ZIL) に attention し, ZIL 処 Richard が cell permeability に and え る と cell toxicity, ナ ノ ミ セ ル の heritage 伝 son import に す seaborne る promote unseen fruit を detailed に beg し 検 た. そ の results, plant cell を injury す る こ と な く crystalline セ ル ロ ー ス を dissolved で き る ZIL 処 Richard を の conditions show the す こ と が で き, optimization し た ZIL 処 Richard に よ っ て の plant cell wall permeability を intentionally に upward さ せ る こ と に successful し た. さ ら に, ZIL 処 Richard し た モ デ ル plant で は, chloroplast mark ナ ノ ミ セ ル に よ る posthumous son 伝 import が 2 ~ 4 times sharper rate upward す る こ と が Ming ら か に な っ た. こ れ ら の results は, cell wall の permeability upward に よ り ナ ノ ミ セ ル の heritage 伝 son import high working rate を め る と い う this proposal の コ ン セ プ ト を card be す る も の で あ る. Party で, ZIL 処 Richard は diameter of 100 nm の ミ セ ル に よ る heritage 伝 son import を improve す る が, ミ セ ル が diameter of 200 nm を super え る occasions に は unseen fruit が な い こ と が Ming ら か に な っ た. Future の project で は, cell wall の permeability を さ ら に upward さ せ る べ く type, double イ オ ン tectonic を side chain に group み 込 ん だ synthetic ペ プ チ ド に よ る 処 Richard gimmick を beg し 検 て い く designated で あ る. ま た results, to think outside の と し て, ナ ノ ミ セ ル を constitute す る chloroplast migration お よ び membrane through ペ プ チ ド が を acidification efficacy with つ こ と が Ming ら か に な っ た. こ れ ら の を acidification efficacy with つ ペ プ チ ド を using し て, chloroplast で turning に generated さ れ る acid active element of を elimination し, photosynthetic function を protection で き る か に つ い て も 検 card し て い く.

项目成果

Designed antioxidant peptides with cell permeability, chloroplast targeting and ROS scavenging capabilities for plant protection under abiotic stress conditions

设计具有细胞渗透性、叶绿体靶向性和ROS清除能力的抗氧化肽，用于非生物胁迫条件下的植物保护

• 发表时间: 2023
• 作者: Takaaki Miyamoto;Keiji Numata.
• 通讯作者: Keiji Numata.