• 研究内容
• 植物の複合ストレスを軽減する元素：ケイ素
• アルミニウムストレス
• 鉄欠乏ストレス
• 有害ミネラル元素の吸収・集積機構
• 環境変動に応答する植物の仕組み
• その他

アルミニウム耐性遺伝子の同定と発現制御機構の解明

　アルミニウム毒性は酸性土壌での主な作物生育阻害因子です。我々はアルミニウム耐性品種間差や突然変異体を用いて、アルミニウム耐性に関わる遺伝子を多数同定しました。オオムギは根からクエン酸を分泌して根圏でアルミニウムを無毒化しますが、その分泌を司る遺伝子HvAACT1を同定しました。またアルミニウム耐性品種でのこの遺伝子の高発現は上流領域への約1kbの挿入があり、発現量と発現場所の変化によって獲得されたことを突き止めました。イネの高アルミニウム耐性について、アルミニウム応答を制御する転写因子ART1を同定し、その制御下にある多数の耐性遺伝子の機能を解明しました。そのほか、アルミニウム耐性遺伝子の発現制御機構についても多くの知見を得ました。

主な参考文献

1. Yamaji, N., Huang, C. F., Nagao, S., Yano, M., Sato, Y., Nagamura, Y. and Ma, J. F. 2009. A Zn-finger transcription factor ART1 regulates multiple genes implicated in aluminum tolerance in rice.  Plant Cell 21: 3339-3349
2. Huang, C. F., Yamaji, N., Mitani, N., Yano, M. Nagamura, Y. and Ma, J. F. 2009. A bacterial-type ABC transporter is involved in aluminum tolerance in rice.  Plant Cell 21: 655–667.
3. Xia, J. X., Yamaji, N. Kasai, T. and Ma, J. F. 2010. Plasma membrane-localized transporter for aluminum in rice. Proc Natl Acad Sci USA 107:18381-18385.
4. Yokosho, K., Yamaji, N. and Ma, J. F. 2011. An Al-inducible MATE gene is involved in external detoxification of Al in rice.  Plant J. 68: 1061-1069
5. Xia, J. X., Yamaji, N., Ma, J. F. 2013.  A plasma membrane-localized small peptide is involved in rice Al tolerance.  Plant J. 76, 345–355
6. Huang, C. F., Yamaji, N., Chen, Z. and Ma, J. F. 2012. A tonoplast-localized half-size ABC transporter is required for internal detoxification of aluminum in rice.  Plant J. 69: 857–867
7. Chen, Z. C., Yamaji, N., Motoyama, R., Nagamura, Y. and Ma, J. F. 2012. Up-regulation of a magnesium transporter gene OsMGT1 is required for conferring aluminum tolerance in rice.  Plant Physiol 159:1624–1633.
8. Fujii, M., Yokosho, K., Yamaji, N., Saisho, D., Yamane, M., Takahashi, H., Sato, K., Nakazono, M. and Ma, J. F. 2012. Acquisition of aluminium tolerance by modification of a single gene in barley.  Nature Communications, 3:713 doi: 10.1038/ncomms1726.
9. Chen, Z. C., Yokosho, K., Kashino, M., Zhao, F. J., Yamaji, N. and Ma, J. F. 2013.Adaptation to acidic soil is achieved by increased cis-acting element numbers regulating ALMT1 expression in Holcus lanatus. Plant J. 76: 10–23

アルミニウム集積機構

　ソバ、チャ、アジサイなど特にアルミニウム耐性の高い一部の植物はアルミニウムを吸収し、葉など地上部の組織に輸送して、細胞内の液胞に蓄積する能力を備えています。我々はソバやアジサイを用いて、アルミニウムの吸収、転流、無毒化機構について生理学的な研究を行い、化学形態の同定を行ってきました。アジサイではアルミニウムが蓄積することによって赤から青へと色が花（がく）変わります。

主な参考文献

1. Ma, J. F., Zheng, S. J., Hiradate, S. and Matsumoto, H. 1997. Detoxifying aluminium with buckwheat. Nature 390: 569-570.
2. Zheng, S. J., Ma, J. F. and Matsumoto, H. 1998. High aluminum resistance in buckwheat.  I. Al-induced specific secretion of oxalic acid from root tips. Plant Physiol. 117: 745-751.
3. Ma, J. F., Hiradate, S. and Matsumoto, H. 1998. High aluminum resistance in buckwheat.  II. Oxalic acid detoxifies aluminum internally. Plant Physiol. 117: 753-759.
4. Ma, J. F. and Hiradate, S. 2000. Form of aluminium for uptake and translocation in buckwheat.  Planta 211: 355-360.
5. Shen, R and Ma, J. F. 2001. Distribution and mobility of aluminium in an Al-accumulating plant, Fagopyrum esculentum Moench.  J. Expt. Bot. 52: 1683-1687.
6. Shen, R. F., Ma, J. F., Kyo, M. and Iwashita, T. 2002. Compartmentation of aluminium in leaves of an Al-accumulator, Fagopyrum esculentum Moench.  Planta 215：394-398.