植物ストレス学グループ│岡山大学資源植物科学研究所

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有害ミネラル元素の吸収・集積機構

コメのヒ素およびカドミウムの輸送体と蓄積低減

　ヒ素（As）およびカドミウム（Cd）は非常に毒性が強く、植物の生育に影響しないレベルの低濃度であっても食物連鎖を経て摂取し続けることで蓄積毒性による健康被害を生じる恐れがあります。我々は遺伝学的手法と植物栄養生理学的解析を組み合わせ、イネのヒ素およびカドミウムの吸収・蓄積経路に関する研究を行っています。これまでに、イネは亜ヒ酸をケイ酸輸送体Lsi1とLsi2を介して吸収することを解明しました。またイタイイタイ病を引き起こす原因物質であるカドミウムについて、イネのカドミウム集積に関わる三つの遺伝子の同定に成功しました。OsNramp5は土壌中のカドミウムを根の細胞の中へ運び、OsHMA3はそのカドミウムを液胞に隔離します。またOsHMA2はカドミウムの根から地上部及び節から穂への輸送にかかわることを明らかにしました。そのうち、OsHMA3を過剰発現させると、玄米中のカドミウムの集積を選択的に抑制できることを証明しました。

コメのヒ素およびカドミウムの輸送体と蓄積低減

コメのヒ素およびカドミウムの輸送体と蓄積低減

コメのヒ素およびカドミウムの輸送体と蓄積低減

主な参考文献

  1. Ma, J. F., Yamaji, N., Mitani, N., Xu, X. Y., Su, Y. H., McGrath, S. and Zhao, F. J. 2008. Transporters of arsenite in rice and their role in arsenic accumulation in rice grain. Proc Natl Acad Sci USA 105: 9931-9935.
  2. Ueno, D, Yamaji, N., Kono, I., Huang, C. F., Ando, T., Yano, M. and Ma, J. F. (2010) Gene limiting cadmium accumulation in rice. Proc Natl Acad Sci USA 107:16500-16505.
  3. Sasaki, A., Yamaji, N., Yokosho, K. and Ma, J. F. 2012. Nramp5 is a major transporter responsible for manganese and cadmium uptake in rice.　Plant Cell 24: 2155–2167.
  4. Yamaji, N., Xia, J. X., Mitani-Ueno, N., Yokosho, K. and Ma, J. F. 2013. Preferential delivery of Zn to developing tissues in rice is mediated by a P-type ATPases, OsHMA2.  Plant Physiol. 162: 927–939.

重金属超集積機構

　重金属超集積植物Arabidopsis halleri と Thlaspi (Noccaea) caerulescensを用いて、重金属超集積に関する生理及び分子生物学的な研究を行っています。Ganges というエコタイプを研究した結果、葉においてカドミウムが液胞に隔離されていることを明らかにしました。またその隔離に液胞膜に局在するTcHMA３が関与していました。集積植物のTcHMA3の発現量は非集積植物より高く、これはゲノム上のこの遺伝子のコピー数が多いことに起因することを明らかにしました。またNcNramp1が根の内皮細胞の細胞膜に局在し、根から地上部へのカドミウムの超集積に関与していることも明らかにしました。

重金属超集積機構

重金属超集積機構

重金属超集積機構

主な参考文献

  1. Ueno, D., Ma, J. F., Iwashita, T., Zhao, F. J. and McGrath, S. P. 2005. Identification of the form of Cd in the leaves of a superior Cd-accumulating ecotype of Thlaspi caerulescens using 113Cd-NMR. Planta 221: 928-936.
  2. Ma, J. F., Ueno, D., Zhao, F. J. and McGrath, S. P. 2005. Subcellular localisation of Cd and Zn in the leaves of a Cd-hyperaccumulating ecotype of Thlaspi caerulescens.  Planta 220:731-736.
  3. Ueno, D., Milner, M., Yamaji, N., Yokosho, K., Koyama, E., Zambrano, C., Kaskie, M., Ebbs, S., Kochian, L., Ma, J. F. 2011. Elevated expression of TcHMA3 plays a key role in the extreme Cd tolerance in a Cd-hyperaccumulating ecotype of Thlaspi caerulescens. Plant J., 66: 852-862
  4. Milner, M., Mitani-Ueno, N., Yamaji, N., Yokosho, K., Craft, E., Fei, Z., Ebbs, S., Zambrano, M., Ma, J. F*. Kochian, L*. 2014. Root and shoot transcriptome analysis of two ecotypes of Noccaea caerulescens uncovers the role of NcNramp1 in Cd hyperaccumulation.  Plant J. 78: 398–410 (*co-corresponding author).