単子葉植物イネ(Oryza sativa)の3種類のフィトクロム遺伝子 (PHYA, PHYB, PHYC) が見つかっている。しかし、存在量の少ないPhyB, PhyCタンパク質を精製しその分子特性を調べるには困難である。本研究では、phytochomobilinを合成する大腸菌(Kagawa and Suetsugu 2007)でフィトクロムホロタンパク質を合成させ、その分光学的特性を調べた。その結果、どのタンパク質とも典型的な赤色光・遠赤色光による光変換を示した。暗条件下で精製したPhyAの絶対スペクトルは666nmに吸収極大をもち、差スペクトルは極大・極小値はそれぞれ666 nm, 724 nm で付近であった。一方、PhyCの絶対スペクトルは、650nm 付近に吸収極大を持ち、差スペクトルでも650 nm, 725 nm付近に極大・極小値をもち、PhyAタンパク質よりも青色側にシフトしていた。しかし、PhyBタンパク質は660 nm, 725 nm付近に極大・極小値を持っていた。それぞれのPfr型の暗反転を測定すると、PhyA, PhyCタンパク質は、数時間内での暗反転は認められなかったが、PhyBタンパク質は、半減期が5分程度であった。

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Rdd1はDof様転写因子をコードするイネ遺伝子で、その転写産物は明暗条件下から恒常明期もしくは恒常暗期に移行しても約24時間周期の日周変動を示すことから、概日リズムによって制御されていることがわかっている。暗黒下で育てた黄化芽生えにおけるRdd1発現を調べたところ、Rdd1転写産物は日周変動を示さずに不規則に変動していたことから、日周変動するためには光照射を必要とすることが示唆された。不規則な発現変動を示した黄化芽生えに白色光を照射すると、Rdd1転写産物は光照射後に顕著な減少を示すことがわかった。
フィトクロムは植物の主要な光受容体で、イネでは3つ（phyA、phyB、phyC）あることが知られている。そこで、光照射後のRdd1発現の変化はどのフィトクロムによって制御されているか明らかにするために、フィトクロム突然変異体を用いた光誘導実験を行った。その結果、遠赤色光下においてはphyAが、また，赤色光下ではphyAとphyBの両方がRdd1発現に影響を与えていることが示唆された。一方，アンチセンス方向にRdd1を発現させた形質転換イネの黄化芽生えを用いた光誘導実験では，野生型イネでみられたような照射後のRdd1転写産物の顕著な減少は検出されなかった。現在Rdd1タンパク質の局在についても調べているので，その結果もあわせて報告する。

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植物の光形態形成はCOP/DET/FUS (Constituitive photomorphogenesis/De-etiolated/Fusca)タンパク質によって負に制御されている。近年、COP/DET/FUSタンパク質が光形態形成を正に制御する転写因子の分解を促進することが明らかになった。そこで、本研究ではCOP/DET/FUSタンパク質の一つであるCOP10を介したタンパク質分解制御機構の解明を目指している。COP10はUV-damaged DNA binding protein 1 (DDB1)とDe-etiolated 1 (DET1)とCDD複合体を形成している。
我々はFlag-tagged COP10 Arabidopsis (Flag-COP10)を用いて、CDDコア複合体にさらに相互作用する新規因子を発見した。我々は特に新規因子2つに着目して解析を進めており、ゲルろ過クロマトグラフィーでそれら因子がCDD複合体とcofractionationすることを明らかにした。さらに、酵母two-hybrid assayで、それら因子はいずれもDDB1aと結合することが明らかになった。また、1つの因子のT-DNA insertion lineの表現型がcop10-4 mutantと類似していることが明らかになり、光形態形成との関連性が示唆された。

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iqm2-1 is a Salk T-DNA insertion line of the IQM2 gene whose T-DNA inserts into the first exon of the gene. IQM2 consists of six exons, and its product contains an IQ motif to which calmodulin (CaM) possibly binds in the absence of calcium ion. Using the yeast two-hybrid system, IQM2 was demonstrated to bind with Arabidopsis CaM2. RT-PCR analyses showed that the IQM2 mRNA was not transcribed downstream of the T-DNA insertion site in the mutant. iqm2-1 showed a long-hypocotyl phenotype in both white- and blue-light conditions, and anthocyanin level of iqm2-1 was lower than that of wild type. These aberrant phenotypes were restored by a complementation experiment using the wild-type IQM2 gene. We also found IQM2 to be localized to the nucleus and its transcription was up-regulated by blue light. Taken together, IQM2 is involved in calmodulin and blue light signaling.

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私たちは今までにイネのクリプトクロムが青色光下での初期の光形態形成と開花に関与していることを明らかにしてきた。昨年度の本大会で青色光に対する葉鞘・葉身の伸長抑制反応において活性型ジベレリンを不活性化する反応を触媒するGA2oxが関与していることを報告した。
今回は変異体及び発現抑制系統を用いて、イネの3種類のクリプトクロムとジベレリンシグナルとの関係を調べた。cry1b変異体をすでに単離しているが、CRY1a, CRY2遺伝子は変異体がないため、RNAi発現抑制系統を作製した（cry1a-R, cry2-R）。また、CRY1aiRNAi発現抑制系統については、CRY1aとCRY1bのアミノ酸配列の相同性が高いことを考慮してcry1b変異体を用いて形質転換イネを作製した（cry1a-R/cry1b-1）。
これらの変異体及び形質転換イネを用いてGA2ox遺伝子群の発現変動を調べたところ、WTで顕著に増大していたGA2ox遺伝子群の発現がcry1b変異体において青色光照射24時間後の発現が減少し、さらにcry1a-R/cry1b-1では光照射後の発現誘導がほとんど見られなくなった。このことから、cry1aとcry1bはともにGA2ox遺伝子群の発現を誘導していることが明らかになった。また、これらの形質転換イネのジベレリン内生量、生理実験を行ったので、それらを合わせて報告する。

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光は植物にとってエネルギー源であると同時に、周囲の環境を知るための情報源でもある。本研究では、青色光応答メカニズムを解明するために、基部陸上植物ゼニゴケに着目した。ゼニゴケ原糸体及び葉状体が青色光に対して正の屈性を示すことを明らかにした。葉状体を切断し、切断面からの再生能を観察したところ、青色光のパルス照射では、赤色光パルス照射と同様に葉状体の再生が観察された。青色光に続いて遠赤色光を与えるパルス照射でも反応は打ち消されなかった。この結果は青色光がフィトクロムを介する経路とは独立して切断面からの再生を促進することを示唆している。ゼニゴケPACゲノムライブラリーからクリプトクロム(MpCRY)を単離し、cDNA配列と共にゲノム構造を決定した。サザン解析によりMpCRYはゲノム上に1分子種のみ存在することが示唆された。MpCRYの転写産物の蓄積量は赤色光および青色光で抑制され、暗黒条件下および遠赤色光で上昇した。このことよりMpCRYは光質条件依存的に発現が制御されることが示唆された。また、光合成関連遺伝子、RbcSやCabの転写産物の蓄積量は青色光条件下で上昇した。これらよりゼニゴケは明確な青色光応答を持ち、青色光シグナル伝達メカニズムの有用なモデルとして期待される。

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青色光受容体フォトトロピン(phot1, phot2)は光屈性, 葉緑体定位運動, 葉の平坦化, 気孔の開口等の生理応答を誘導する。シロイヌナズナのphot1は青色光に依存してキナーゼドメインのアクティべーションループが自己リン酸化され、これが上記の生理応答に共通して必要であることが解明されたが、phot2に関してはこの部位のリン酸化の生理学的意味は明らかでない。本研究では、アクティべーションループに保存されたSer-761とSer-763をAlaに置換したPHOT2遺伝子をphot1phot2二重変異株に導入し、変異phot2蛋白質がフォトトロピンの生理応答を正常に誘導できるか調べた。Ser-761とSer-763がAlaに置換された形質転換植物ではphot2応答がすべて抑制されたが、Aspに置換された形質転換植物ではphot2応答がほとんど正常に誘導された。以上の結果は、phot2においても青色光に依存したキナーゼアクティべーションループの自己リン酸化が下流への情報伝達に必要で、phot1と phot2の間で共通に必要な生化学ステップであることを示唆している。

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フォトトロピン（phot）は植物において光屈性、葉緑体定位運動、気孔開口、葉の展開などを制御する重要な青色光受容体である。PhotはN末端側に光受容ドメインとして、FMNを結合する2つのLOVドメイン（LOV1、LOV2）があり、C末端側にSer/Thrキナーゼドメイン（KD）をもつ。LOVドメインは光を受容すると保存されたCys残基とFMNの間で共有結合が形成し、暗所でもとに戻るフォトサイクルを示す。キナーゼ活性は暗状態で主にLOV2ドメインによって抑制されている。青色光照射でこの抑制がなくなりキナーゼは活性化され、フォトトロピンの自己リン酸化や他の分子をリン酸化することで、青色光シグナルを下流に伝えると考えられる。しかし、LOV2ドメインによるキナーゼ活性調節機構について詳細はわかっていない。シロイヌナズナには2つのフォトトロピン（phot1, phot2）があり、phot1は弱光、phot2は強光のセンサーとして働いている。我々は、大腸菌で発現・精製したシロイヌナズナのphot1のLOV2-KDペプチドが大腸菌で発現させたphot1のN末端側領域のペプチドをリン酸化することを報告した。本発表では同様に大腸菌で発現・精製したphot2のLOV2-KDの生化学的解析結果について報告するとともに、光依存的キナーゼ活性調節機構についてphot1との比較を行う予定である。

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ゼニゴケtdTomato-talin 発現株を用い、葉状体細胞の葉緑体光定位運動時に見られるアクチンフィラメントの動態を解析した。側方からの青色光あるいは赤色光照射を行うと、青色光では照射方向に向かう光定位運動が見られ、葉緑体は細胞内で光に垂直な面に位置した。赤色光は短時間の照射ではほとんど葉緑体の運動を誘導しないが、長時間照射では光の方向に依存しない運動を誘導することがわかった。細胞骨格阻害剤（cytochalasin D, Oryzalin）処理により調べた結果、いずれの葉緑体の動きもアクチンフィラメントに依存することが示された。青色微光束の細胞部分照射により葉緑体運動を誘導すると、光強度に依存して、弱光による集合反応、強光による逃避反応が誘導される。この実験系を用い、集合反応、逃避反応を示す葉緑体上のアクチンフィラメントを蛍光観察したところ、集合反応、逃避反応いずれの場合にも葉緑体の運動方向前方側エッジにアクチンフィラメントが偏在することが観察された。このアクチンフィラメントの偏在は、葉緑体上の照射光強度に差異が生じ、光定位運動のスピードが大きい、微光束エッジ部に存在する葉緑体で顕著に見られることから、アクチンフィラメントの偏在が葉緑体の運動機構の中で重要な役割を持つことが示唆された。

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ホウライシダ前葉体細胞での赤色光による葉緑体光定位運動はphy3/neo1を光受容体とすることが知られている。しかし、このphy3/neo1を欠失したrap変異体において、赤色光下で葉緑体の光定位が見られることを見出した。rap前葉体細胞への赤色光微光束による部分照射ではphy3/neo1依存の「指向的な」葉緑体運動は認められないが、前葉体表面全体に垂直方向から、あるいは側方から赤色光を照射するとdark positionからlight positionへの葉緑体移動が見られる。これは光の方向に依存しない「無指向的な」光運動反応であると考えられる。また、この反応はrap7, rap31など他のrap変異体でも認められた。また、rap2前葉体での赤色光による葉緑体光定位運動は光合成阻害剤DCMUで阻害されることがわかった。さらに、野生株の前葉体においても、同様のDCMU処理で無指向的な葉緑体運動のみが阻害されることが観察された。そこで、光合成産物であるグルコースを暗所で処理すると、rap2、野生株ともにDark positionからLight positionへの葉緑体運動が光照射なしで誘導された。これらの結果は、rap変異体での赤色光によるDark positionからLight positionへの葉緑体運動が光合成に依存した無指向的な光運動反応によることを示している。

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C₄植物の成熟葉には発達した2種の光合成細胞，葉肉（M）細胞と維管束鞘（BS）細胞が存在する．M葉緑体は細胞膜に沿って均一に分布している一方，BS葉緑体は維管束側（求心的）またはM細胞側（遠心的）に局在している．昨年度の本大会において，極強光（3,000～4,000 μmol m^-2 s^-1）下，もしくは乾燥，塩あるいは浸透圧ストレス下（光強度: 250～500 μmol m^-2 s^-1）でM葉緑体がBS細胞側へ集合運動を起こすことを報告した．今回，このM葉緑体移動における光の関与を検証した．シコクビエ（Eleusine coracana）に乾燥または塩処理を施し，様々な光条件下でM葉緑体移動の有無を調べたところ，移動には光が必要であるが，直接の光照射を受けていない部位でも移動が見られた．したがって，乾燥，塩ストレス下では，光照射部位から非照射部位へ何らかの葉緑体移動誘導因子が伝達されている可能性が考えられた．また，真夏に圃場で生育中のシコクビエにおいてM葉緑体移動は日中顕著に見られたが，日の出前には見られず，M葉緑体移動は日周変動することが明らかとなった．以上より，ストレスに伴うM葉緑体移動には光が関与することが明かとなり，発表ではその生理的機構について考察したい．また，強光や乾燥ストレスに伴う細胞内微細構造変化を電子顕微鏡で観察しており，あわせて報告する予定である．

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青色光受容体 phototropin には、PHOT1 と PHOT2とがある。過去、phot1phot2 二重変異体では、本葉が背軸側へカールする表現型が報告されているが、その制御機構は不明である。我々は、phot1phot2 変異体の本葉を用いて組織学、生理学的な解析を行った。phot1phot2 変異体における本葉のカールは、向背軸の偏差生長が原因として考えられる。そこで、本葉表皮細胞のサイズを計測した結果、野生体比べてphot1phot2 変異体は、向軸側では正常であるが背軸側では小さいことが解った。さらに、PHOT2-GFP を表皮細胞特異的プロモーターにより発現させると、扁平性の回復が認められた。これらの結果から、phototropin は青色光に応答して表皮細胞のサイズを制御することにより、葉の扁平性を調節していることが示唆される。一方、柵状組織細胞の向背軸に沿った極性伸長は、PHOT2 により強く促進される。葉肉細胞における細胞体積を、プロトプラストを単離して計測した結果、phot1phot2 変異体の値は野生体と同一であった。即ち、柵状組織において、PHOT2 は細胞成長には関与せずに、細胞極性伸長を制御していると考えられる。これらの結果を踏まえて、本葉扁平性と柵状組織細胞の発達に関与する phototropin の、組織特異的な生理的機能について議論する。

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植物の表皮に存在する気孔は、シグナルとして作用する青色光に応答して開口し、植物と大気間のガス交換を促進し、乾燥ストレス下では植物ホルモン・アブシジン酸（ABA）に応答して気孔を閉鎖し、植物体からの水分損失を防ぐ。
本研究では、気孔開閉のシグナル伝達の分子機構を明らかにすることを目的として、シロイヌナズナにおける気孔開度変異体の単離を試みた。効率的に気孔開度を評価するスクリーニングとして、まず、ロゼット葉の蒸散による重量変動が野生株と異なる株を選抜し、次に、これらの気孔開度を実測することによって気孔開度変異体を選抜した。これまでにEMS処理した約12,000の植物体より、2株の気孔が閉じた突然変異体（std1, std2）と2株の気孔がよく開いた突然変異体（ftd1, ftd2）を単離した。std1とstd2は光に依存した気孔開口が抑制されていた。一方、ftd1とftd2は暗所下においても気孔が顕著に開口しており、ftd1はABA非感受性であり、ftd2はABAに対して感受性がみられた。また、ftd2は、既知の気孔開度変異体とは異なるアリルであることが明らかとなったため、マッピングによる原因遺伝子の同定を進め、第五染色体下腕領域に原因遺伝子が座乗していることが明らかとなった。ftd2変異体の表現型解析の詳細についても報告する予定である。

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多くの草本植物の葉は、気孔を両面にもつ。背腹葉では、光はおもに葉の向軸側（表側）に当たる。光の大部分（特にクロロフィルに吸収されやすい青色光や赤色光）は葉肉組織で吸収されるため、背軸側（裏側）の表皮に到達する光は弱く、光質も向軸側と異なる。私たちは、自作の両面ガス交換システムを用いて、ヒマワリの葉の背軸側の気孔は、向軸側の気孔より光に敏感に応答して開孔することを明らかにした。また、背軸側気孔は、葉の透過光や緑色単色光によって顕著に開孔することを発見した（Wang et al., 2008, PCE, 31:1307-16）。これらは、気孔の光応答性が生育中の光環境に馴化した結果と考えられる。そこで、ヒマワリの展開中の葉を裏返しにして栽培し、気孔の光応答に栽培光環境への馴化が見られるのかを調べている。裏返しにした葉の気孔indexは両面とも対照葉と差がなかったが、向軸側の気孔密度はやや減少した。背軸側の気孔密度は変わらなかった。また、向軸側に光を受けた対照葉の柵状組織は厚く、細胞は細長かった。一方、裏返しにした葉の柵状組織は薄く、細胞は短く、海綿状組織は厚く、細胞サイズは大きくなった。裏返しにした葉の背軸側の気孔の白色光および青色光への感受性は高くなり、赤色光への感受性は変化しなかった。向軸側の気孔の感受性はいずれの光に対しても低くなった。緑色光への応答性は計測中である。

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翌日開花予定のハナスベリヒユ（Portulaca hybrid）の蕾では，夜間に花弁が拡大し，明け方の温度と光強度の上昇によって花弁の展開が誘導される。我々は夜間の気温を30℃に保つことにより光強度の上昇のみでも完全開花が誘導されること，青色光は赤色光よりも開花誘導効果が高いこと，光照射による開花に伴い花弁の粗ミクロゾーム画分における細胞膜H⁺-ATPase活性が約1.5倍上昇すること，等を明らかにしてきた。これまで多くの植物の開花への生物時計の関与が知られている。本研究では，同植物の光に対する開花反応の開花前日から当日にかけての変化，ならびにその間の花弁の細胞膜H⁺-ATPase活性の変動について調べた。8:00-20:00明期（30℃），20:00-8:00暗期（25℃）の条件下で栽培した植物体から単離した蕾を20:00より30℃暗所におき，様々なタイミングで光照射を開始した。その結果，花弁の展開が開始するのは光照射開始時刻に関わらず3:00以降であり，暗期が4時間未満では開花が不完全になることが分かった。一方，30℃暗所においた蕾の細胞膜H⁺-ATPaseの活性，ならびに酵素量は2:00から5:00にかけて急激に上昇した。現在，同酵素の活性ならびに酵素量の変化に対する光照射開始時刻やアクチン重合阻害剤，小胞輸送阻害剤，キナーゼ阻害剤などの開花阻害剤処理の影響を調べている。

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これまで、1)紫外線（UVB）の増加は、イネの生育障害や玄米の小型化、玄米タンパク質の増加などの悪影響を及ぼすこと、2)イネは品種間でUVB感受性に差があり、その主要因はUVB誘発シクロブタンピリミジン二量体（CPD）を修復する光回復酵素の活性の違いにあること、3)CPD光回復酵素の酵素活性の差は、第十染色体上のCPD光回復酵素遺伝子の変異に起因していることなどを、環境調節室での実験や野外圃場試験を通して明らかにしてきた。UVBは太陽光に含まれており、現在の自然環境下においても植物はUVBによって生育障害を受けている可能性が十分に考えられる。そこで、太陽UVBによる植物への生育傷害の実態を実験的に明らかにすることを目的として、UVB抵抗性を示し光回復酵素活性の高い遺伝子型を有する日本型イネコシヒカリと、コシヒカリの第十染色体をUVB感受性を示し酵素活性の低い遺伝子型を有するインド型品種カサラスで置換したSL229系統を材料とし、宮城県（06～08年）、ならびに鹿児島県（08年）で野外圃場試験を試みた。その結果、コシヒカリとの比較においてSL229系統で玄米の小型化や花粉の稔性の低下が観察され、特に、太陽光に含まれるUVB量がより多い鹿児島県では、玄米の小型化がより顕著に観察された。これらの結果から、現在の太陽光に含まれるUVBによって、植物は障害を受けていることが強く示唆された。

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UVBによって誘発されるDNA損傷（シクロブタン型ピリミジン二量体: CPD）を修復するCPD光回復酵素は、植物のUVB抵抗性を左右する重要な因子である。我々はこれまでに、イネ葉から調製した粗酵素液から、多段階のステップによりCPD光回復酵素を精製し、諸性質について解析した結果、イネCPD光回復酵素がリン酸化修飾を受けていることを見出した。CPD光回復酵素は、推定アミノ酸配列の違いから、単細胞生物由来のクラスI型と、高等生物由来のクラスII型に分類されており、植物はクラスII型を有している。これまでに、CPD光回復酵素がリン酸化修飾を受けているという報告は、我々がイネにおいて報告した以外には一切ない。そこで、このCPD光回復酵素のリン酸化修飾がイネ特有の現象なのか、クラスII型全体に共通した特徴なのかを明らかにすることを目的とした。まず始めに、CPD誘導DNA結合磁気ビーズ（UV照射により人工的にCPDを誘発させたDNAを磁気ビーズと結合させたもの）を用いることで、イネ葉から調製した粗酵素液から、一段階のステップでCPD光回復酵素を高効率に精製する方法を確立した。次に、数種類の植物を用いて、CPD光回復酵素のリン酸化修飾の有無を解析した。本発表では、それらの結果をもとに、植物種におけるCPD光回復酵素のリン酸化修飾の違いとその意義について考察する。

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これまで我々は、イネのUVB耐性獲得に関わる主因子の1つは、UVBによって誘発されるシクロブタン型ピリミジン二量体(CPD)を修復するCPD光回復酵素であることを明らかにした。しかし、その他のUVB耐性因子は明らかになっていない。そこで新たなUVB耐性遺伝子資源の探索を目的に、UVB耐性を示すイネ・ササニシキにカーボンイオンビーム（320 MeV：¹²C⁶⁺, 80 Gy）を照射し、ササニシキよりもUVB耐性、または感受性を示す変異体の選抜を行った。その結果、UVB感受性を示す変異体2系統、耐性を示す変異体3系統の選抜に成功した。我々は、得られた系統の中でもUVB耐性を示すイネ変異体UVTSa-319（UV tolerant Sasanishiki-319）に着目し、変異原因遺伝子の同定を目的に特徴解析を行った。親株のササニシキと比較してUVTSa-319は既知のUVB耐性因子であるUV吸収物質の蓄積量、CPDおよび6-4光産物の光修復・暗修復活性に変異は認められなかった。また、ゲノムDNAを用いたアレイComparative Genomic Hybridization (CGH)により変異・欠損領域の推定を行ったところ、第7染色体上に約40 kbpの欠失があり、その領域に機能未知の2つの遺伝子が含まれていた。本大会では、新規なUVB耐性遺伝子の可能性に関して考察する。

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280-320nmの波長領域の光（UV-B）は環境ストレスとして植物に様々な影響を及ぼす。我々はこれまでに，UV-B照射は，キュウリ（山東四葉2号）子葉の柵状組織細胞における葉緑体の配列異常や，柵状組織細胞の海面状化を引き起こすことを組織学的に明らかにしている。このことから，UV-B照射は，キュウリ子葉の細胞死を誘導する可能性が考えられる。近年，キュウリ子葉からマトリックス・メタロプロテアーゼ（MMP）をコードする遺伝子Cs1-MMPが単離され，その発現は子葉においてプログラム細胞死（PCD）がおこる直前に強いことが示された。MMPは，動物において，細胞外マトリックス（ECM）を分解する主要な酵素として知られている。本研究では，UV-B照射が誘導するキュウリ子葉の細胞死の可能性を調べるために，Cs1-MMPの発現解析と，DNAの断片化の解析を行った。その結果，Cs1-MMPの発現は，UV-B誘導性を示すことが明らかとなった。しかしながら，UV-B照射により影響を受けた15日目の子葉でも，DNAの断片化は認められなかった。UV-Bを照射したキュウリ子葉における細胞死の特徴について，さらに解析をする必要がある。

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高等植物葉緑体では、光合成電子伝達系から得られる還元力は葉緑体ストロマ側に伝達されNADPHを生じる。ストロマ側に存在するチオレドキシンは、この還元力の一部を使ってフェレドキシン、フェレドキシン-チオレドキシン還元酵素によって還元される。生じた還元型チオレドキシンは、ストロマ側で各種チオール酵素を還元し、その酵素活性を調節する。また、ストロマ局在のチオレドキシンは活性酸素種消去酵素であるペルオキシレドキシンの酵素反応そのものに必要な還元力も供給する。
これまで、私たちはチオレドキシンの還元力供給経路として、上記の2つの経路以外にチラコイド膜を介して、チラコイド内腔のチオレドキシン様タンパク質HCF164へ還元力を供給する経路が存在することを示してきた。HCF164はチラコイド膜に一回膜貫通領域を持ち、活性に必要な領域はチラコイド内腔側を向いている。このHCF164が内腔側で機能するためには、活性中心のジスルフィド結合を還元するための還元力の供給が必要である。これまでの研究で、この還元力の供給源はストロマ側に存在するチオレドキシンであることを明らかにした。今回は、チラコイド膜を介したストロマからチラコイド内腔への還元力供給経路の全容解明を目的として、その分子機構、新しい候補因子の役割などについて報告し、高等植物葉緑体のチラコイド膜を介した還元力伝達経路の分子機構を考察する。

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チオレドキシンは全ての生物が持っており、様々な標的タンパク質中のジスルフィド結合を還元することにより、その機能を制御するタンパク質である。多くの生物においてチオレドキシンは酸化ストレスからの防御機構に重要な還元力の供給源として働いているが、光合成生物では、光合成反応に付随して起こる様々な他の反応をこれにリンクさせるという重要な役割を担っている。シロイヌナズナ葉緑体には、10種類のチオレドキシンアイソフォームが存在する。これらのチオレドキシンアイソフォームは、それぞれに異なる標的タンパク質を還元していると考えられるが、その使い分けについてはほとんど明らかになっていない。私たちは、チオレドキシンアイソフォームの標的タンパク質選択性は、チオレドキシンと「標的タンパク質」間の親和性の違いによって記述できると考えた。そこで、表面プラズモン共鳴法を利用して、個々のチオレドキシンアイソフォームと標的タンパク質の親和性を測定することにした。具体的には、各種の葉緑体型チオレドキシンアイソフォームと、代表的なチオレドキシンの標的タンパク質である葉緑体型FBPase, PrxQの相互作用を測定した。これらの結果から、チオレドキシンの標的タンパク質の親和性について議論する。

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糸状性のシアノバクテリアAnabaena (Nostoc) sp. PCC 7120 は、窒素飢餓状態で培養するとヘテロシストと呼ばれる窒素固定能をもった特別な細胞を形成する。私たちは、光合成生物において様々な酵素蛋白質に還元力を供給し、生理的に重要な機能を担っているチオレドキシン(Trx)が、どのような蛋白質と相互作用するのかを網羅的に解析しており、本研究では、Anabaenaの栄養細胞とヘテロシスト細胞のTrx標的蛋白質の解析を行った。昨年報告したように、Anabaena のTrxA(alr0052) の酸化還元調節に関与するCysの一方を変異した変異型TrxAを作成して樹脂に固定し、Anabaenaの可溶性蛋白質と反応させ、捕捉された標的蛋白質候補をPMF解析した。昨年報告した栄養細胞の標的蛋白質候補43種類については、MASCOT peptide mass fingerprint search engine (Matrix Science)の精度を上げて解析し直し、38種類に絞り込んだ。単離したヘテロシストの可溶性蛋白質について同様の解析を行った結果、ニトロゲナーゼを含む数種類のヘテロシスト特有の蛋白質を同定することができた。

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細胞質型アスコルビン酸ペルオキシダーゼ(cAPX)は、光酸化ストレス応答時の細胞内レドックス調節役として重要な役割を担っている。本研究では、シロイヌナズナcAPX(cAPX1)過剰発現体（cAPX-OE）とcAPX1破壊株(cAPX-KO)を用い、APX発現レベルの差異が光酸化ストレス応答時の細胞内H₂O₂レベルに対しどのような影響を及ぼすのか検討した。シロイヌナズナAPX1cDNAをpBI121ベクターに導入し、シロイヌナズナに形質転換した。得られた7株の形質転換体は、野性株と比較して約3～6倍のAPX活性を示した。一方、cAPX-KOでは野生株の約30%のAPX活性を示した。定常条件下（100 μmol m^-2 s^-1, 16h/8h明暗）における野生株、cAPX-OEおよびcAPX-KOの表現型に有意な違いは観察されなかった。強光ストレス(1,000 μmol m^-2 s^-1)条件下における光化学系II最大量子収率（Fv/Fm）を調べた結果、野生株とcAPX-OE間では顕著な違いは認められなかったが、cAPX-KOでは有意に低下していた。野生株およびcAPX-KOでは、強光照射1時間後に葉中H₂O₂レベルの上昇が認められるが、cAPX-OEではこの上昇が有意に抑制されていた。現在、強光ストレス応答時の各株における発現応答遺伝子について解析を進めている。

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最近、我々のグループでは、水を循環した装置内でアルミナ薄膜コート繊維上にチタニアをコートした触媒にUV-Aを照射し、超音波処理を併用することで、光触媒反応による活性酸素種を含有した水を生成する装置の開発に取り組んできた。反応水中に確認できた活性酸素種はスーパーオキシド、一重項酸素及びヒドロキシラジカルである。本研究では、光触媒反応水に植物を浸漬することによる生体防御関連遺伝子の発現誘導を確認したので報告する。

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現在、作物の生育しにくい酸性土壌は世界の農耕地面積の30～40％を占める。この土壌では、Alがイオンとして溶出し根の伸長を著しく阻害する。他にも、世界には重金属で汚染された土壌が存在する。本研究ではAl、重金属及び酸化ストレスに耐性を示す野生有用植物メリケンカルカヤからのこれらのストレス耐性遺伝子群の単離と解析を目的として以下の2つの実験を行った。
A）メリケンカルカヤをAl処理した後、RNAを抽出し、フィンガープリント法によってAlストレス誘導性遺伝子の候補群9個を得た。これらの塩基配列を決定し、cDNAの配列に高い相同性を示すトウモロコシやイネの完全長cDNAを得た。これらの遺伝子群から耐性遺伝子を選抜するために、遺伝子を導入した酵母形質転換株を構築し、これらの株のAl、重金属（Zn、Cd、Ag、Cu）、酸化（H₂O₂、Diamide）ストレス感受性試験を行った。その結果、酸化ストレスに耐性を示す株が4株得られた。B）抽出したRNAからcDNAを逆転写して、ライブラリーを構築し、酵母をスクリーニング系に用いて耐性遺伝子の直接単離を試みた。結果、上記の各ストレスに耐性を示す株が6株単離された。これらについても、相同性の高いトウモロコシやイネの完全長cDNAを得て、感受性の再確認を行っている。
さらに、A、Bで得た各耐性遺伝子の耐性機構を検討中である。

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含窒素色素であるベタレインは植物四大色素の一つであり、ベタシアニン(赤)とベタキサンチン(黄)がある。ベタレインの分布はアカザ科やヒユ科など一部の植物に限られており、赤系フラボノイドのアントシアニンとは排他的に存在する。アントシアニンを含むフラボノイドは、活性酸素及び活性窒素消去能を持ち、植物細胞においても抗酸化機能を有していることが報告されている。一方、ベタレインの生理機能に関する報告は殆どない。そこで本研究では、ベタレインの植物細胞における機能解明の一環として、その抗酸化能を検討した。
赤ビート(Beta vulgaris L.)根から主要色素2成分(BBx、BBc)を分画した。各々の吸収極大波長は480 nm、538 nmに見られ、光吸収特性がベタキサンチン及びベタシアニンにそれぞれ一致した。活性窒素の一種である一酸化窒素（NO）及びペルオキシナイトライト(ONOO^-)をBBx、BBcに対して反応させると、NO添加による変化は見られなかったが、ONOO^-添加においてはBBx、BBcの顕著な退色が観察された。この退色反応はONOO^-の添加量に依存しており、ONOO^-スカべンジャーであるグルタチオンによって抑制された。以上の結果から、ベタレインがONOO^-消去能を持つと判断した。H₂O₂等の活性酸素種との反応も併せて、ベタレイン抗酸化能を考察する。

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グルタレドキシン (GRX) は、グルタチオンの還元力を用いてタンパク質のジスルフィド結合を還元し、活性酸素に対する防御やレドックス調節に働いている。GRXはシロイヌナズナで31個、イネでは27個のホモログ遺伝子が存在しているが、そのほとんどは生理的機能が不明である。我々は、これまでにイネGRX1aが登熟種子および完熟種子で多量に発現していることを明らかにしている。本研究では酸素ストレス防御におけるGRX1aの機能を調べるために、酵母発現系を用いた解析と過剰発現形質転換イネの作出・解析を行った。
イネGRX1aを発現させた酵母では、過酸化水素に対する耐性はコントロールと差が見られなかったが、メナジオンに対して高い耐性を示した。また形質転換イネの緑葉においてGRX1aを異所的に発現させると、GRX mRNA量は野生型に比べ25-140倍と非常に高かったが、タンパク質の発現は20%の個体においてのみ確認された。このことからGRX1aの発現には翻訳または翻訳後の調節が関与していることが考えられた。またGRX1aタンパク質の発現が見られた個体においては、野生型に比べパラコート耐性、グルタチオン還元酵素活性の低下が見られた。これらの結果から、異所的に発現させたGRXにより細胞内レドックスバランスが変化し酸化ストレス耐性が低下した可能性が示唆された。

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アスコルビン酸（AsA）が抗酸化剤として作用する時、主に1電子酸化物のモノデヒドロアスコルビン酸（MDA）となる。MDAレダクターゼ（MDAR）はNADHを電子供与体としてMDAをAsAに再生する酵素であり、植物細胞内のAsAプールの還元状態維持に重要である。シロイヌナズナゲノムには5つのMDAR遺伝子が存在し、そのひとつであるat1g63940はN末端に2つのMetを含むトランジットペプチドをコードしている。最初のMetから翻訳されるとミトコンドリアへ、2番めのMetから翻訳されると葉緑体へ輸送される。葉緑体とミトコンドリアは植物の主な活性酸素発生源であるため、この葉緑体／ミトコンドリア型（cp/mt）MDARはAsAを維持し、活性酸素消去に大きく寄与していると考えられる。シロイヌナズナタグライン共同利用システムを利用し、スクリーニングして得られたcp/mt MDAR遺伝子破壊株では正常なcp/mt MDAR mRNAが転写されておらず、この株から単離した葉緑体とミトコンドリアの可溶性画分にはMDAR活性が見られなかった。通常の条件下で生育した野生株と遺伝子破壊株に外見上の違いは見られなかった。また両者の葉のMDAR比活性とAsA量に有意な差はなかったが、スーパーオキシドジスムターゼの比活性は遺伝子破壊株で約2倍に増加していた。現在ストレスに対する応答の実験を行っている。

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高等植物にもホモログ(AtDAD1)が存在するDAD1 (Defender against Apoptotic cell Death 1)は小胞体膜に局在しBHK21-derived tsBN7 細胞より単離され、温度感受性動物培養細胞や酵母においてプログラム細胞死を抑制する因子として機能していることが報告されている。また、DAD1は酵母のN結合型オリゴ糖転移酵素 (Oligosaccharyltransferase ,OST)複合体のサブユニットOST2pと高い同一性を示している。一方、BI-1(Bax Inhibitor-1)は小胞体ストレス誘導による細胞死を抑制する小胞体膜タンパク質でありAtBI-1は植物細胞においてヒトBaxによる細胞死を抑制することが報告されている。前回、AtDAD1及びAtBI-1の植物個体での発現部位をウェスタンブロット及びプロモーター GUS形質転換体の組織染色により発現部位を解析した結果を報告した。その結果、AtDAD-1及びAtBI-1が花茎において花弁の離層、莢において開裂部分、根においては根端及び維管束系で発現していることが判明しプログラム細胞死の生じる形態形成組織においてAtDAD1及びAtBI-1が発現していることが示された。今回、シロイヌナズナT87培養細胞株を用いてストレス時における発現解析の結果を報告する。

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我々は特許生物寄託業務の効率化・高度化のため、微細藻類の低温保存法の確立を目指している。本研究ではゲノム情報が公開され、かつ分子生物学的手法を用いることができる単細胞真核緑藻クラミドモナスをモデル生物として用い、微細藻類の低温保存法確立のために重要な細胞の低温に対する生理応答を調べた。
クラミドモナスの細胞増殖に及ぼす温度の影響を通常培養温度である25℃から4℃の範囲で調べた結果、温度低下に伴い細胞増殖速度は低下するが、8℃まで細胞増殖が可能であることが分かった。25℃で対数増殖期中期まで培養した細胞を4℃で7日間培養すると、細胞増殖は見られなかったが、そのときの生存率は90%以上であった。引き続きその状態で約80日培養すると、生存率は約3%まで低下した。次に同様の実験を培養液が過冷却もしくは凝固点降下のために凍結しない条件である－2℃で行った結果、2日培養後に生存率は約50%まで低下し、7日培養後には1%未満までに低下した。以上から、4℃以下の温度はクラミドモナスにおいて細胞増殖を完全に抑えるストレス条件であり、特に0℃未満の凍結しない温度は短期間で細胞に強い傷害を与える条件であることが明らかになった。現在、以上の知見を基に、低温馴化もしくは低温傷害機構を明らかにするため、網羅的な遺伝子の発現解析を行っている。

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フルクタンは耐乾性や耐凍性に関与する多糖であり、スクロースを基質として液胞内に蓄積する。コムギのフルクタン合成酵素遺伝子を導入したイネでは、本来イネにはないフルクタンが蓄積し、耐冷性が向上する（川上ら、J.Exp.Bot. 2008）。このフルクタン蓄積イネを利用して耐冷性機構の一端を明らかにする目的で、昨年度大会で、1ヶ月生育イネの低温下におけるショ糖輸送タンパク遺伝子(OsSUT)の発現変化を報告した。本年は冷害危険期であるイネの穂ばらみ期において同解析を行った。穂ばらみ期に12℃処理したイネでは、ソース葉とその葉鞘において著しいショ糖の蓄積が起き、形質転換体ではフルクタンが増加した。常温環境下に戻すとショ糖は速やかに元のレベルまで減少するが、シンク組織である幼穂では逆に低温下でショ糖が徐々に減少し、常温に戻すとショ糖が増加した。OsSUT1-5の遺伝子発現変化を組織別にReal-time PCRにより解析したところ、篩部組織のショ糖輸送に関与すると考えられているOsSUT1は、低温処理中の葉鞘で発現が減少、常温に戻すとその発現量は増加し、低温下でのショ糖輸送能低下がソース・シンク組織のショ糖含量変化に関与していることが示唆された。この時、葉鞘でのOsSUT1の発現変化および量は形質転換体と非形質転換体で差異はなかった。ショ糖輸送と低温耐性との関係を考察する。

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マメ科作物のササゲ(Vigna unguiculata [L.] Walp.)は、暑さや乾燥に強いことから、熱帯・亜熱帯地域においては大変重要な食用マメ類である。しかし、高夜温下では収量が著しく低下する。我々は高温下でのササゲ生殖器官へのプロリンの蓄積と収量の維持との関連の解析を行ってきた。ここでは、プロリントランスポーター遺伝子及びプロリン合成に関わるP5CS, P5CR遺伝子の発現が生殖器官へのプロリンの蓄積及びササゲ耐暑性とどの様に関わっているかの解析の報告を行う。
耐暑性のササゲ品種は高温ストレス条件下において、葯（花粉）のプロリン蓄積量の減少が比較的少ない事を昨年度の植物生理学会で発表したが、更に雌蕊へのプロリン蓄積量が増加する事が明らかとなった。ササゲのプロリントランスポーター遺伝子はProT1, ProT2二つのホモログが確認された。この内ProT1は、葯及び花茎での発現量が多く、植物体の他の部分で作られたプロリンを生殖器官へ輸送するのに重要な役割を果たしていると考えられる。一方、ProT2はほぼ全ての器官において一定量の発現が認められ、植物体の維持に関与している事が考察された。またProT1の発現は、耐暑性系統の葯で多く、感受性品種の葯では少ない事も明らかとなった。

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シロイヌナズナの転写制御因子遺伝子DREB2Aは、植物の環境ストレス応答において重要な役割を担うことが明らかにされている。このDREB2A遺伝子と最も相同性の高いホモログとしてDREB2B遺伝子が見出されている。DREB2タイプの転写因子による遺伝子発現制御機構を解明するためには、DREB2B遺伝子の機能を解析することが重要と考えられるが、DREB2Aに比較して遅れている。そこで、本研究ではDREB2Bの機能を解析して，DREB2Aと比較した。
定量RT-PCRによる発現解析によって、DREB2B遺伝子の発現はDREB2Aと同様に乾燥、高温、高塩濃度のストレス下で上昇することを明らかにした。GFP融合タンパク質を用いたシロイヌナズナ葉肉細胞の一過的発現系により、DREB2Bタンパク質の核における局在性を確認した。DREB2B過剰発現体とT-DNA挿入破壊株の非ストレス下での表現型は、いずれも野生型植物体と比べて差異は見られなかった。DREB2B過剰発現体を用いたマイクロアレイ解析では41個の遺伝子の発現が上昇しており、これらの多くは糖代謝に関わる遺伝子であった。一方、DREB2B過剰発現体では顕著な高温ストレス耐性の向上が認められた。DREB2Aの負の活性調節領域と極めて相同性の高い配列がDREB2Bにもあることから、現在、この配列の転写調節における機能について解析を進めている。

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植物は低温ストレスに対し馴化機構により適応する．その耐性機構解明を目的とした誘導性遺伝子の発現及び機能解析が重要課題である．これまでの研究で，その適応機構の1つがバクテリアから高等植物にまで保存されたRNAシャペロンによるRNA構造維持機構であることが明らかとなっており，転写後・翻訳調節が重要な機構の1つであると考えられた．転写後・翻訳レベルでの発現制御に関する最近の研究では，miRNA，siRNAによる分解制御に関するものが盛んに行われているが，mRNAの安定性，又は翻訳制御機構によるタンパク質の発現制御ついての研究は少ない．植物のストレス適応などの初期応答，あるいは環境の急激な変化に即座に対応するためにはRNA新規合成からではなく，機能本体であるタンパク質合成のみによる早い応答機構の存在が十分に考えられる．そこで本研究では低温ストレス応答時の転写後・翻訳調節機構に着目し，RNAマスキング機構探索と機能解明を目指した．RNAマスキングとは翻訳抑制によりmRNAを保持し，ある刺激により翻訳を開始する制御である．第一にRNAマスキングのターゲット探索・同定を目指し，シロイヌナズナを用いて低温馴化時及び脱馴化時における遺伝子，タンパク質発現の比較解析をマイクロアレイ，2D-DIGEを用いて行った．その結果いくつかのRNAマスキングターゲット候補が見いだされたので報告する．

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アクティベーション・タグラインを用いた耐凍性関与遺伝子の検索により見つけたAtFIB5は、スプライシングの違いにより、273と259個のアミノ酸をコードする2つのmRNAが発現すると考えられる。室温ではFIB273が主に発現しているが、低温馴化するとFIB259の発現がFIB273と同等レベルまで上昇した。これら2つの遺伝子の機能を明らかにするために、AtFIB5過剰発現体とノックアウト植物体（fib5）を用いてこの遺伝子の耐凍性への関与を検討した。
fib5植物体は矮性で成長が遅く、光合成色素量が低下していた。イオン漏出による耐凍性評価でも著しく耐凍性が低下していることが明らかになった。この植物体にFIB273を導入すると、成長速度や耐凍性が野生型と同程度まで回復し、相補されていることが分かった。fib5にFIB259を導入した場合、Chla/bの低下やβ-carotene量に改善が見られたものの、fib5に近い表現型を示したままであった。一方、AtFIB5を過剰発現した植物では、FIB273を導入したものよりFIB259を導入した植物体において耐凍性の向上が見られた。以上の結果より、2つのAtFIB5遺伝子の機能は異なり、FIB273は光合成機能の維持等に重要な働きをしており、FIB259は耐凍性を向上させる働きを持つことが示唆された。

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低温環境下の高等植物において、細胞学的変化、生理・生化学的変化が観察される。その中で、ミトコンドリアに関連する変化を指摘する研究事例は多い。本研究では、低温とミトコンドリア遺伝子発現の関係を明らかにする目的で、グループIIイントロンを持つ全てのミトコンドリア遺伝子について、スプライシングとRNAエディティングの低温に対する変化を解析した。材料には、熱帯原産の低温感受性植物イネと半乾燥地帯原産で低温馴化能を持つ植物コムギを用いた。12℃で14日間処理したイネ茎葉部において、イントロンを含む前駆体転写産物の蓄積は増加するか変化が見られず、減少に転じたものは無かった。さらにRNAエディティングの生じていない箇所が認められた。スプライシングを経た転写産物の蓄積については減少するか変化が見られなかった。一方、0.5～2℃で14日間処理したコムギ茎葉部において、前駆体転写産物の蓄積は全ての遺伝子で増加し、RNAエディティングの頻度が著しく低下する箇所があった。スプライシングを経た転写産物の蓄積は増加するか変化が見られなかった。低温によって前駆体転写産物の蓄積が増加するのは一般的な傾向であるが、前駆体転写産物とスプライシングを経た転写産物の増減には相関はない。低温に対する成熟型転写産物の蓄積量変化の違いが、イネとコムギの低温馴化能の違いを反映しているなら興味深い。

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東北日本において甚大なイネの冷害をもたらす小胞子初期の冷温による花粉の発育障害発生について、その間の葯での冷温による遺伝子発現変動に着目し機構解明を進めている。小胞子初期から小胞子中期にかけて冷温に応答して発現レベルを低下させるジャスモン酸生合成遺伝子OPDAR1とタンパク質分解酵素に類似のドメインを持つ機能未知遺伝子Radc1、そして逆に発現レベルを上昇させるポリアミン生合成遺伝子SAMDC1について、遺伝子のプロモーター配列（5'上流域およそ2 kbp以内）にレポーター遺伝子GUSを連結したコンストラクトをイネに導入し、遺伝子の葯における発現様式と冷温応答性を調査した。本発表では、これらの上流配列およびDNAトランスポゾンを含む配列が発現調節に果たす役割、およびポリアミン、ジャスモン酸やイネ葯冷温ストレス応答遺伝子が花粉形成機能の維持あるいは花粉発育障害発生において果たす機能について考察する。

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我々はすでにDNAマイクロアレイ解析により陸生ラン藻の類縁株であるAnabaena sp. PCC7120から乾燥応答遺伝子を見出した。本発表ではこれらの遺伝子の機能を解明するために、代表的な発現様式を示す遺伝子の破壊株を作出し、耐乾燥性を簡便な乾燥実験法を用いて野生株と比較した。その結果、窒素源を含む培地で変動した遺伝子を用いたにもかかわらずその破壊株は窒素源を含まない培地でのみ耐乾燥性能の低下が見られた。細胞増殖を比較したところ遺伝子破壊株の一部が窒素源のない培地で増殖遅延を起こした。耐乾燥性に必要とされる適合溶質（トレハロース、スクロース）の蓄積は野生株とほぼ同様の傾向を示すことからこれらの物質による影響ではないと予想された。これらの結果は耐乾燥性に窒素固定に関わる遺伝子が関与しており、その遺伝子の多くが乾燥感受性の窒素固定細胞保護を優先するために窒素量に依存しない発現誘導を起こすので、窒素を含む条件では相補遺伝子により表現型が得られなかったのではないかと推測された。

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我々は，約13,000種類のイネ完全長cDNAを高発現ベクターに持つアグロバクテリウムを用いて，イネ完全長cDNA高発現シロイヌナズナ（イネ－シロイヌナズナFOXライン）の大規模なライブラリーを作成している．これまでに，このうちの2万以上のラインを塩ストレス下で選抜することにより，塩耐性候補ラインを200以上単離した．ここでは，そのうちの一つであるR07047についての解析結果を報告する．R07047は，種子発芽率・根の伸長・実生の生存率において野生型よりも高い塩耐性を示した・さらに，乾燥や活性酸素といった多様なストレスに耐性を示すことが明らかとなり，高い有用性を有することが明らかとなった．また，ゲノムPCR法によって機能未知タンパク質をコードするイネcDNAがR07047に導入されていること確認された．このcDNAを野生型シロイヌナズナに導入したところ，R07047と同様のストレス耐性を示したことから，本cDNAの発現がR07047の塩耐性の原因と結論づけられた．このcDNAは，カルシウム結合ドメインの一種であるC2ドメインを持つ163アミノ酸のタンパク質をコードしていた．GFPを利用した実験から本タンパク質はプラスチドに局在することが明らかとなった．有用植物にこのcDNAを高発現させた際にストレス耐性が付与されるかどうか，興味深いと考えている．

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我々は、シロイヌナズナにおいてB-box型zinc fingerファミリーに属するBZF遺伝子の機能解析を進めている。その中で、BZF1過剰発現体において、栄養成長の増大と共に渇水条件での生存性の向上が見られ、給水量当たりのバイオマス生産量、すなわち灌水効率が向上することを見出した。過剰発現体では、野生型に比べて蒸散量が少なく、土壌中の水分消費が低減されていた。しかし、野生型植物において、渇水条件及びABA処理によるBZF1遺伝子の発現変化は見られず、過剰発現体において、乾燥耐性の強化に関わることが知られている遺伝子及びABA応答性の遺伝子の発現の昂進は見られなかった。このことは、BZF1は、乾燥応答や脱水耐性の強化によって渇水耐性を向上させるような乾燥応答の制御因子とは異なる機構によって渇水への適応能を向上させる機能を有することを示唆している。一方、過剰発現体では、基幹的な代謝系の遺伝子発現が全体に低下傾向にあった。BZF1は、シンク葉、特に篩部及び維管束鞘において特異的に発現しており、基幹的な代謝系の制御と共に物質分配等のシンク葉の機能制御あるいは機能維持に関与しているものと考えられた。以上の結果から、BZF1の過剰発現による基幹代謝系・物質分配の効率化により、生育に必要な水の消費を節約しながら栄養成長を増大させることが可能になった結果、灌水効率が向上していると考えられた。

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キサンチン脱水素酵素 (XDH) はプリン異化代謝の律速酵素として知られているが，その植物生理学的役割は必ずしもよく理解されていない。私たちは，シロイヌナズナ・ゲノムに存在する2つのXDH遺伝子（AtXDH1，AtXDH2）を標的としたRNAiにより，その発現抑制がキサンチンを過剰蓄積させるとともに，通常条件下で生育遅延，果実の縮小，稔性低下，老化の早期誘導などの多面的な変異表現型をもたらすことを明らかにした。また，生育遅延の原因がキサンチンの蓄積ではなく，その代謝産物の欠乏に因ることを示した。2つのXDH遺伝子のうち，主要な役割を果たすと考えられるAtXDH1はストレス応答性で，アブシジン酸処理や乾燥条件下で顕著に転写活性化されることが知られている。そこで本研究では，乾燥ストレス適応におけるXDHの機能を検証することを目的に，その発現抑制がシロイヌナズナの乾燥耐性に与える影響を調査した。その結果，RNAi形質転換体では乾燥処理により細胞死の割合が上昇するとともに，クロロフィル含量やバイオマスが減少し，乾燥ストレスに対する感受性が増大していることが観察された。これらの結果から，シロイヌナズナの乾燥ストレス適応におけるXDHの機能的重要性が示唆された。

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塩および浸透圧耐性を付与するシロイヌナズナ転写因子キメラリプレッサーの単離を目的に本研究を行った。ストレスに応答する転写因子のキメラリプレッサー体を作出しストレス培地上における生育状態を評価した。225mMNaCl培地上では野生型植物の発芽率は30%以下に抑制され、その後も生育不可能だがAtMYB102、ANAC047およびGARP転写因子キメラリプレッサー体の発芽率はいずれも70%以上と塩耐性を示した。AtMYB102キメラリプレッサー体の下流遺伝子の発現プロファイルをマイクロアレイにて調査した結果、塩ストレスにより野生型植物でDREB1AやTINYの発現上昇がみられ、これらはAtMYB102キメラリプレッサー体において100倍以上増強されていた。また通常条件下においてAtMYB102キメラリプレッサー体はZAT11、AtMYB15などの発現が野生型植物より抑制されており、これら一連の遺伝子発現変化が塩耐性獲得に関与すると考察された。
浸透圧耐性は600mMマンニトール培地上における生存率で評価した。本条件下で野生型植物は生育不可能であるがAtERF5およびZnF転写因子キメラリプレッサー体は子葉が展開するなどの耐性を示した。AtERF5キメラリプレッサー体のマイクロアレイ解析を最近実施したのでその結果を報告する。また農薬耐性を植物に付与する転写因子についても合わせて紹介する。

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