植物ミトコンドリアゲノム形質転換による窒素固定能獲得

通过植物线粒体基因组转化获得固氮能力

• 批准号: 22K19140
• 负责人: 木村 光宏
• 金额: $ 4.08万
• 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: 2022
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2022-06-30 至 2025-03-31
• 项目状态: 未结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-22K19140/
• 关键词: ミトコンドリア; 窒素固定; ニトロゲナーゼ; タバコ; シアノバクテリア

根粒菌など一部の原核生物が行う窒素固定反応はニトロゲナーゼにより触媒される。このニトロゲナーゼを作物に導入し、窒素固定を行わせることで窒素肥料を施肥することなく、高収量・高品質の作物生産を維持することが期待できるが、光合成で発生する酸素に対するニトロゲナーゼの脆弱性や、反応に必要な電子やATP量が不十分であることから、ニトロゲナーゼを導入した高等植物の作出は成功していない。真核生物オルガネラであるミトコンドリアは、1）電子伝達系を介して酸素が水に還元されること、2）ATP合成酵素によりATPが大量に合成されること、3）電子伝達系より活性酸素の原因となる電子が漏出することなど、高等植物にニトロゲナーゼを導入する場としての条件を満たしていると考えられる。そこで、本研究では、タバコミトコンドリアゲノムに窒素固定能をもつシアノバクテリア、Leptolyngbya boryanaのnif遺伝子クラスターを含むDNA領域（Tsujimoto et al., Proc. Natl. Acad. Sci. USA, 2014）を導入する。また、より低酸素環境を実現するため、nif遺伝子クラスターは根のミトコンドリア特異的に発現させる。まず、ミトコンドリア移行シグナルと窒素固定遺伝子群の発現を制御する遺伝子、cnfRをコードする遺伝子を融合し、根細胞特定的なプロモーターで制御した外来遺伝子を作成し、核ゲノムへ組み込む。この方法によりニトロゲナーゼの酸素による不可逆的な失活を避けて、窒素固定能を獲得した形質転換タバコを作出することができると考えている。現在、タバコ形質転換体の作出に向け、プラスミドの作成を行っている。

A part of the prokaryotes of Rhizoctonia are immobilized by the enzyme. For example, the introduction of nitrogen into crops, the fixation of nitrogen, the fertilization of nitrogen and nitrogen, the maintenance of high yield and high quality crop production, the production of nitrogen and nitrogen, the vulnerability of nitrogen and nitrogen, and the introduction of nitrogen and nitrogen into higher plants. Eukaryotic organisms are characterized by: 1) electron transfer system, 2) ATP synthase, 3) electron transfer system, 3) electron transfer system, 4) electron transfer system, 4) electron transfer system, 4 In this study, we found that the DNA domain was involved in the immobilization of the protein (Tsujimoto et al., Proc. Natl. Acad. Sci. USA, 2014). The low acid environment can be found in the root of the disease. The expression of the gene, cnfR gene fusion, root cell-specific gene fusion, and control of the expression of the foreign gene in the root cell-specific gene fusion, nuclear gene fusion, and control of the expression of the fixed gene subset. The method is to obtain the irreversible inactivation of the amino acid, to prevent the amino acid from being immobilized, and to obtain the physical property of the amino acid. Now, the shape and quality of the body are changed. The direction and quality of the body are changed.