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

追踪 CAM 型光合作用的进化：通过基因组编辑改变作物的二氧化碳固定

• 批准号: 21K19120
• 负责人: 東江 栄
• 金额: $ 3万
• 依托单位: Kyushu University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Challenging Research (Exploratory)
• 财政年份: 2021
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2021-07-09 至 2024-03-31
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-21K19120/
• 关键词: CAM; 概日リズム; ゲノム編集; 光合成; C3; シスエレメント; DMS-seq; アイスプラント; 遺伝子組み換え; CAM型光合成; C3型光合成

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。

This study aims to modify photosynthesis in C3 plants to a CAM type (CAM type organic acid metabolism) type to provide drought and salt tolerance, and to identify the cis element of CAM-related genes possessed by C3 plants, and use genome editing techniques to place the relevant genes under the control of clock genes, and to allow the photosynthetic key enzymes to be expressed at night, contrary to other photosynthetic表格。 To identify sites for alteration by genome editing, C3 plants were used in Arabidopsis, rice, and Ice Plant as CAM plants, and cis factors were estimated using DMS-PCR and PlantDHS, targeting approximately 2000 bp upstream of the transcriptional origin of each CAM-related gene PEPC kinase, and trans factors were estimated based on information from the JASPAR binding consensus sequence database of transcriptional regulators.在拟南芥中，DMS方法表明，在-761 bp至-1002 bp的转录起源点上游有一个表达调节位点，并且该区域中有许多诱导光诱导的CIS因子Sorlip和G -box。此外，使用缺失启动子和GUS融合基因的瞬态表达分析证实了表达控制位点的存在。在水稻中，通过DMS方法缩小了水稻PEPC激酶基因（OSPPCK3）的转录调节因子结合位点的范围，表明TCP家族是OSPPCK3的有效转录因子。在ICE植物上，RNA-Seq的结果表明，COL1可能是PEPC激酶表达涉及的转录因子，对四个密切相关的物种的基序分析表明，可能涉及GATA，MYB，ATHOOC和NF-YA等转录因子家族的可能性。

项目成果

塩生植物アイスプラントの光合成における好塩性

盐生冰植物光合作用的嗜盐性

• 发表时间: 2023
• 作者: 吉田和貴;齋藤和幸;川満芳信;東江 栄
• 通讯作者: 東江 栄

Engineering CAM Traits into C3 crops

将 CAM 性状工程化至 C3 作物中

• 发表时间: 2022
• 作者: Aoi Saito;Mie Wakabayashi;Shiori Terai;Shiori Yamabe;Satoko Kobayashi;Kazuyuki Saito;John C. Cushman;Sakae Agarie
• 通讯作者: Sakae Agarie

DMS法によるアイスプラントCAM関連遺伝子の発現制御領域の同定

DMS法鉴定冰植物CAM相关基因的表达控制区

• 发表时间: 2023
• 作者: 近藤侑梨;佐藤稜真;竹内敬香;John Cushman;齋藤和幸;東江 栄
• 通讯作者: 東江 栄

Microbiology associated with disease on white lotus (Nelumbo nucifera Gaertn.) and application of silver nanoparticles for the control of plant pathogens In vitro

与白莲（Nelumbo nucifera Gaertn.）疾病相关的微生物学以及银纳米粒子在体外控制植物病原体中的应用

• 发表时间: 2022
• 期刊: Journal of the Faculty of Agriculture, Kyushu University
• 作者: Vu;N.Q.H.;Quang;H.T.;Hong;H.T.K. and Agarie
• 通讯作者: H.T.K. and Agarie

機能性を高めたアイスプラント新品種の開発

开发具有增强功能的冰植物新品种

• 发表时间: 2022
• 作者: 吉田和貴;齋藤和幸;川満芳信;東江 栄;佐藤稜真・近藤侑梨・John C. Cushman・齋藤和幸・東江栄;大林拓司・小槙誠人・工藤りか・斎藤和幸・東江栄;吉田侃生・佐藤稜真・齋藤和幸・上野修・東江栄;佐藤稜真・党健・近藤侑梨・John C. Cushman・齋藤和幸・東江栄;党健・Dan Q Tran・佐藤稜真・吉田和貴・小西絢・大西茂彦・John C. Cushman・Hoang Thi Kim Hong・齋藤和幸・東江栄;東江栄;大林 拓司・小槙 誠人・福崎 詩織・斎藤 和幸・東江 栄
• 通讯作者: 大林 拓司・小槙 誠人・福崎 詩織・斎藤 和幸・東江 栄