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(In Japanese)ホウ素の輸送を利用した生物制御と環境浄化

Research report code R070000096
File No. R070000096
Posted date Apr 11, 2008
Researchers
  • (In Japanese)藤原 徹
Affiliation
Report name (In Japanese)ホウ素の輸送を利用した生物制御と環境浄化
Technology summary (In Japanese)ホウ素は環境中に比較的多く存在する元素である。ホウ素は水溶性のホウ酸として生物に吸収される。ホウ素は植物の必須元素であるが、ホウ酸は容易に溶脱するため、ホウ素欠乏地帯は多雨地域を中心に世界に広がっている。乾燥地では、逆にホウ酸の過剰集積が問題となる。また、発電所の焼却灰にはホウ素が高濃度で含まれ、環境問題となったり、地域によっては飲用水からホウ素の除去が必要である場合がある。このような問題を解決するには、生物によるホウ素の吸収や蓄積を制御することができればよい。ホウ素が少なくても多くても生育する作物を開発したり、環境水中のホウ素を吸収し集積する生物を得ることができれば、ホウ素の除去が可能となる。しかし、生物界ではホウ素のトランスポーターは同定されていなかったため、生物のホウ素吸収や輸送を制御することは不可能であった。私たちは本研究開始時点までにシロイヌナズナのホウ素要求性変異株(図1)を用いてBOR1遺伝子を単離した。BOR1は10個の膜間通領域を持つ膜タンパク質であり、ホウ素の積極的な輸送活性を持つことを明らかにしてきている。BOR1は生物界で初めて単離されたホウ素輸送体であり、相同遺伝子は植物だけでなく、微生物、動物を含めた真核生物に広く存在している。本研究は生物界ではじめて同定されたホウ素輸送タンパク質BOR1やその相同遺伝子、あるいは他の輸送タンパク質を用いて、生物におけるホウ素の環境からの取り込み、生体内での移動機構を理解し、人為的に制御する技術を開発することを目的とした。このような技術の開発によって、植物の生産性を高めたり、微生物を用いて、ホウ酸の除去を行なうなどの効果が期待される。本研究では、これらの目的に対して以下に述べるような一定の成果を挙げることができたと考えている。
Drawing

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Research field
  • Plant biochemistry
  • Transport of cell membrane
Published papers related (In Japanese)(1) Fukuda, A., Okada, Y., Suzui, N., Fujiwara, T., Yoneyama, T. and Hayashi, H. Cloning and characterization of the gene for a phloem-specific glutathione S-transferase from rice leaves. Physiol. Plant. 120:595-602 (2003)
(2) Tanaka, Y., Fnkuda, A., Nagai, S., Fujiwara, T., Suzuki, Y., Yamaguchi, I., Yoneyama, T. and Hayashi, T. Expression of a single-chain antibody against GA 19/24 in vascular tissues induces dwarf phenotype for rice plants. Soil Sci. Plant Nutr. 50: 1281-1285 (2004)
(3) Kasajima, I., Ide, Y., Ohkama-Ohtsu, N., Hayashi., H., Yoneyama, T. and Fujiwara, T. A Protocol for rapid DNA extraction from Arabidopsis thaliana for PCR Analysis. Plant Mol. Biol. Rep. 22:49-52. (2004)
(4) Hirai, M. Y., Yano, M., Goodenowe, D. B., Kanaya, S., Kimura, T., Awazuhara, M., Arita, M., Fujiwara, T. and Saito, K. Integration of transcriptomics and metabolomics for understanding of global responses to nutritional stresses in Arabidopsis thaliana. Proc. Natl. Acad. Sci. USA 101:10205-10210 (2004)
(5) Ohkama-Ohtsu, N., Kasajima, I., Fujiwara, T. and Naito, S. Isolation and characterization of an Arabidopsis mutant that overaccumulates O-Acetyl-L-Ser. Plant Physiol. 136: 3209-3222 (2004)
(6) Aoki, N., Noguchi, K., Hayash, H. and Fujiwara, T. Isolation and Characterization of a Novel Arabidopsis thaliana Mutant That Requires a High Concentration of Boron. Soil Sci. Plant Nutr. 50: 1183-1185 (2004)
(7) Fukuda, A., Okada, Y., Suzui, N., Fujiwara, T., Yoneyama, T. and Hayashi, H. Cloning of the Phloem-Specific Small Heat-Shock Protein from Leaves of Rice Plants. Soil Sci. Plant Nutr. 50: 1255-1262 (2004)
(8) Sogawa, Y., Ohkama-Ohtsu, N., Hayashi, H., Yoneyama, T. and Fujiwara, T. Independent roles of glutathione and O-acetyl-L-serine in regulation of sulfur-responsive geno expression in Arabidopsis thaliana. Plant Biotechnol. 22: 51-54 (2005)
(9) Nozawa, A., Takano, J., Miwa, K., Nakagawa, Y., Fujiwara, T. Cloning of cDNAs encoding isopropylmalate dehydrogenase from Arabidopsis thaliana and accumulation patterns of their transcripts. Biosci. Biotechnol. Biochem. 69: 806-810 (2005)
(10) Takano, J., Miwa, L., Yuan, L., von Wiren, N., Fujiwara, T. Endocytosis and degradation of BORl, a boron transporter of Arabidopsis thaliana, regulated by boron availability. Proc. Natl. Acad. Sci, USA 34,12276-12281 (2005)
(11) Takano, J., Noguchi, K., Yasumori, M., Kobayashi M., Gajdos, Z., Hayashi, H., Yoneyama, T., Fujiwara, T. Boron transporter for xylem loading from Arabidopsis International Plant Molecular Biology Meeting Barcelona June 2003
(12) Fujiwara, T., Takano, J., Miwa, K., Kobayashi, M., Nozawa, A., Nakagawa, Y., Boron Transport and Boron Tolerance in Arabidopsis thaliana XII International Symposium on Iron Nutrition and Interaction in Plants, Tokyo, April 2004
(13) Fujiwara, T, Takano, J., Miwa, K., Kobayashi, M. Identification and Characterization of Boron Transporters. HFSP meeting in Hakone, Hakone, May 2004
(14) Fujiwara, T., Miwa, K., Nakagawa, Y., Kobayashi, M., Nozawa, A,, Takano, J. Roles of BOR 1 homologs in B transport 15th International Conference on Arabidopsis Research, Berlin, July 2004
(15) Miwa, K., Takano, J., Hayashi, H., Yoneyama T, Seki M., Shinozaki K, Fujiwara, T. Roles of At3g62270, a BOR 1 paralog, in boron transport in Arabidopsis thaliana 13th International Plant Membrane Biology Meeting, Montpellier, June 2004
(16) Tomatsu, H., Takano, J., Takahashi, H., FuJiwara, T. Regulation of Mo transport in plants Gordon Conference, Molybdenum & Tungsten Enzymes July 2005
(17) Fujiwara, T., Kobayashi, M., Takano, J., Miwa, K., Nozawa, A., Nakagawa, Y., Wada, M., Gosho, T. Molecuar dissection of Boron Transport in Arabidopsis thaliana. 15th International Plant Nutrition Colloquium Beijing, September 2005
(18) 三輪京子,藤原徹 ホウ素トランスポーターの同定と植物のホウ素輸送における役割 Brain Techno News(2003)
(19) 藤原徹、野澤 彰 植物によるホウ素の吸収と移行 季刊肥料(2003)
(20) 藤原徹シロイヌナズナのホウ素トランスポーターBOR1のホウ素輸送における役割 根の研究(2004)
Research project
  • Precursory Research for Embryonic Science and Technology.;Conversion and Control by Advanced Chemistry
Information research report
  • (In Japanese)藤原 徹. ホウ素の輸送を利用した生物制御と環境浄化. シンポジウム2005 環境調和型のエネルギー・物質変換を目指して さきがけタイプ研究報告会 「変換と制御」領域 講演要旨集(第三期研究者)(研究期間2002-2005), 2005. p.41 - 50.

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