Tracing the evolution of CAM-type photosynthesis: modification of carbon dioxide fixation of crops by genome editing

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本研究は，C3植物の光合成をCAM（ベンケイソウ型有機酸代謝）型に改変して耐乾性及び耐塩性を持たせるために，C3植物がもつCAM関連遺伝子のシスエレメントを特定し，ゲノム編集技術を用いて関連遺伝子を時計遺伝子の制御下におき，光合成の鍵酵素が，他の光合成型とは逆に夜に発現させることを最終目標とする。ゲノム編集によって改変する部位を特定するために、C3植物はシロイヌナズナとイネ、CAM植物としてアイスプラントを用い、それぞれのCAM関連遺伝子PEPCキナーゼの転写開始点上流約2000 bpを対象に、DMS-PCR法とPlantDHSによってシス因子を推定し、転写調節因子の結合コンセンサス配列データベースJASPARの情報を基にトランス因子を推定した。シロイヌナズナでは，DMS法により、転写開始点上流-761 bp～-1002 bpに発現調節部位があり、この領域には光誘導に関するシス因子SORLIPやG-boxが多数存在することが明らかになった。 さらに，欠失プロモーターとGUS融合遺伝子を用いた一過的発現解析により, 発現制御部位の存在を追認した。イネでは、DMS法により，イネPEPCキナーゼ遺伝子（OsPPCK3）の転写調節因子結合部位の範囲を絞り込み，TCPファミリーがOsPPCK3 の転写因子として有力であることを明らかにした。アイスプラントでは、RNA-seqの結果から，PEPCキナーゼの発現に関与している転写因子がCOL1である可能性が高いこと，近縁種4種とのモチーフ解析からGATA，MYB、ATHOOK, NF-YA等の転写因子ファミリーが関与する可能性を明らかにした。