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応用植物科学コース
植物細胞工学：シロイヌナズナの遺伝的多様性を利用して
環境ストレス耐性メカニズムを解明します
教授
小山 博之
助教 小林 佑理子
1. シロイヌナズナエコタイプと環境ストレス応答
植物研究に使用する標準株であるCol-0（コロンビア）に加え、現在で
は世界中から採取された3000種以上のエコタイプ（野生株）がストック
Col-0 センターに保存され、誰もが研究利用することができます。
主に、産地の名前が付けられたエコタイプは、シロイヌナズナ
（Arabidopsis thaliana）種内でも異なるゲノムDNA塩基配列（遺伝子
多型）を持つため、生育環境に対して異なる応答を示します。その遺
伝的多様性を利用して、環境ストレスに対する適応戦略メカニズムを
Tsu-1 分子レベルで解明します。
リン欠乏応答
塩過剰ストレス応答
BCol-0
A
産地： 日本（津市）
（感受性）
高度： 1-100 m
Col
緯度経度： E136/N34
背丈： 40-54 cm
ストレス応答： 塩耐性
Map by TAIR (1993)
Photo by NASC
Yo-0
Te-0
Pf-0
KO
Tu-0
KO×Tu-0
Col×Tu-0
KO
KO×Bu-14
Col×Bu-14
Col
Bu-14
Tsu-1
（NaCl耐性）
Cvi
Control
Kas-1
A
Control
Control
Bu-14
KO×Bu-14 Col×Bu-14
Rus et al. 2006
銅過剰ストレス応答
Narang et al. 2000
酸性土壌ストレス応答
産地： フィンランド
高度： 1-100 m
緯度経度： E21/N60
気温： <0（春）-7℃（秋）
背丈： 17-30 cm
+Cu
+Cu
産地： ドイツ
産地： インド（カシミール）
産地： ケープ・ヴェルデ諸島
高度： 300-400 m
高度： 1580 m
高度：1200 m
緯度経度： E9/N48
緯度経度： E74/N34
緯度経度： W23/N15
気温： 5（春）-10℃（秋） 生育地： 荒地
生育地： 岩壁
背丈： 14-33 cm
ストレス応答：
背丈： 16-25 cm
アルミニウム耐性
ストレス応答： 銅感受性
↑ ハイスループットな水
耕栽培実験系で、大数の
シロイヌナズナエコタイプ
のストレス耐性評価を行
います。
→ 耐性エコタイプ（赤）や
感受性（緑）を選抜、ゲノ
ム情報と共に解析に使用
します。
Bu-14
3.0
2
R = 0.85
2.5
2.0
1.5
1.0
0.5
0.0
0
30
60
1.5
1.0
0.5
0.0
120 0.8
1.0
1.2
1.4
1.6
Relative intensity
リンゴ酸トランスポーター
遺伝子発現量
↓ また、Wa-1エコタイプはリン
ゴ酸トランスポーター遺伝子に
ナンセンス変異を持つため、Al
過剰存在下では生育できません。
AtALMT1-KO
T-DNA
Wa-1
Wa-1変異
GGA;Gly → TGA；Stop
5′
Ikka et al. 2007
遺伝子C
遺伝子D
3′
exon
Control
At1g08430
塩基配列の解析データ
200 bp
TAA
リンゴ酸トランスポター遺伝子構造
●酸性、Al耐性遺伝子STOP1転写制御因子
STOP1遺伝子は、リ
ンゴ酸トランスポー
ター遺伝子やその他
多数遺伝子の転写制
御因子です。
E
GGCGACGAA・・・・GGTTTTGTC・・・・GCTTCCATG・・・・
← STOP1遺伝子発
現量も、エコタイプ間
で差があります。高発
現（赤）、低発現（青）。
こ れ を 利 用 し た
STOP1 遺 伝 子 の 解
析も耐性メカニズム
解明に役立ちます。
GGCGTCGAA・・・・GCTTTAGTC・・・・GCTTACATG・・・・
GGCGACGAA・・・・GCTTTAGTC・・・・GCTTCCATG・・・・
GGCGTCGAA・・・・GCTTTAGTC・・・・GCTTACATG・・・・
SNPs
90
2.0
ATG
GGCGACGAA・・・・GGTTTTGTC・・・・GCTTACATG・・・・
感受性
エコタイプ
集団
Fr-2 Bch-4 Gy-0 Ler-0
酸耐性
Ikka et al. 2007
← エコタイプ集団において、根
部リンゴ酸放出量（Alと錯体形
成し無毒化する）とAl耐性及び、
リンゴ酸トランスポーター遺伝子
発現量は高い相関関係にありま
す。
R2 = 0.53
2.5
Relative
root length (%)
Al耐性レベル(%)
GGCGTCGAA・・・・GGTTTTGTC・・・・GCTTACATG・・・・
耐性
エコタイプ
集団
Kobayashi et al. 2008
3.0
+Al
国際プロジェクトによる1001エコタイプの全ゲノムDNA塩基配列解読が進行中
遺伝子B
Col-0
Col-4
●ゲノムDNA塩基配列を利用した耐性遺伝子探索
A
Tu-0
Cu感受性
Kobayashi et al. 2007
染色体
+Cu
●Al耐性遺伝子リンゴ酸トランスポーター
Malate release with Al-stimulate
リンゴ酸放出量(nmol/plant/24)
(nmol/plant/24hr)
2.環境ストレス耐性のナチュラルバリエーション
Cvi
Malate release with Al-stimulate
(nmol/plant/24hr)
産地： アメリカ
（ヨセミテ国立公園）
高度： 1500 m
生育地： 花こう岩渓谷
背丈： 18-28 cm
A/T
C/G A/T
耐性程度と相関が高いSNP
（一塩基多型）を検出します
A/C
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