Ｃ４光合成酵素を高発現するＣ３植物の作出

• 担当機関: 農業生物資源研究所
• 研究期間: 1997～2000
• 発行年度: 1997
• 要約: Ｃ４植物であるトウモロコシのＣ４光合成酵素（PEPC）のゲノム遺伝子をＣ３植物であるイネに導入したところ、トウモロコシと同等あるいはそれ以上の高いPEPC活性を示す形質転換イネが得られた。
• 背景・ねらい: 農業上重要な植物は、その光合成炭酸固定様式から、Ｃ３植物とＣ４植物とに分類される。Ｃ４植物はＣ３植物から進化した植物であり、独自の光合成回路（Ｃ４光合成回路）の働きでＣ３植物の約２倍の光合成能力を発揮する。Ｃ３植物にＣ４光合成回路を付与することによって、Ｃ３植物の光合成能が大きく改良されるものと期待されている。; 本研究の目的は、Ｃ３植物であるイネの葉肉細胞にＣ４植物であるトウモロコシのＣ４光合成回路を付与し、イネの光合成能・物質生産能の改良を図ることである。Ｃ３植物内で閉じたＣ４光合成回路を駆動させるためには、ホスホエノールピルビン酸カルボキシラーゼ（PEPC）、ピルビン酸,; Pi ジキナーゼ（PPDK）、NADPリンゴ酸酵素（NADP-ME）の最低３種類の酵素を導入する必要がある。トウモロコシPEPCのインタクトな遺伝子（ゲノム遺伝子）をイネに導入したところ、イネのPEPC活性をトウモロコシ以上に増大させることに成功した。

成果の内容・特徴

1. トウモロコシのPEPCゲノム遺伝子（約1.2 kbのプロモーター領域、エキソンとイントロンを含む全翻訳領域、約2.5
   kbのターミネーター領域を含む、全長8.8 kbの遺伝子断片、図１）をアグロバクテリウムを介する方法でイネ（キタアケ）に導入した。
2. 得られた形質転換イネ（Ｔ１世代）のPEPC活性を測定したところ、全158個体のうち32個体がトウモロコシと同等あるいはそれ以上の高いPEPC活性を示した（図２）。
3. PEPC活性の増大にともなって、Ｃ３植物に特徴的な光合成酸素阻害率が約30％から最大10％以下にまで低下することがわかり、導入したトウモロコシPEPCが形質転換イネの炭酸固定反応に関与していることが明らかにされた。
4. PPDKについても、同様の手法でイネ内で高発現させることに成功している。

成果の活用面・留意点

Ｃ４植物内では、PEPCとPPDKはともに葉肉細胞に局在している。本研究により、Ｃ４植物の葉肉細胞に局在するＣ４光合成酵素をＣ３植物の葉肉細胞で高発現させるためには、Ｃ４植物のゲノム遺伝子の導入が有効であることが示された。

• カテゴリ: とうもろこし りんご