細胞生化学研究室（大西純一）URL : http://www.molbiol.saitama-u.ac.jp/˜ohnishi/■研究者
大西純一 教授■研究テーマ●光合成に関わる細胞内物質輸送機構・光合成細胞の分化機構●環境微生物学■キーワードC4 光合成、ベンケイソウ型酸代謝 CAM、土壌微生物、菌根菌■産業界の相談に対応できる技術分野
堆肥、土壌微生物、土壌改良材

大西純一 教授■主な設備
DNA シークエンサー
̜ᇍᅜ಑̜੠ࣉൌ޻!ҝ̷ӊӦҗӁӌ̷ҪӚӦҮӦҲ̷ ŕņōȁıĵĹĮĹĶĹĮĴĹĵĺŇłřȁıĵĹĮĹĶĹĮĺĵĲĺ ŦιȜσȁŤŰŪŤĮūŪŮŶŁŮŭįŴŢŪŵŢŮŢĮŶįŢŤįūű

研究概要
研究概要
◆

本研究室の研究は二つの柱からなる。
一つは、光合成、特にCAM（下記参照）に関わる、細胞内の代謝中間体膜透過機構の解明と輸送体遺伝子の発現調節機構の研究。さらに、光合成細胞の分化機構の研究をも行ってきた。
（是枝晋講師との共同研究）
もう一つの柱は、環境微生物の研究である。環境DNAの解析によって土壌微生物叢を解明することで、外乱に対して強いRobustな生態系システム（作物を含めた）を作るための手がかりを得る。
また、堆肥製造の過程の解明・改善をも目指している。
二つのテーマを合わせて、ストレスに強い作物を育てる方策を得ると共に、温暖化への対策、石油エネルギー節約のための方策ともなることを期待する。
C4光合成・CAMに特異的な細胞内物質輸送機構
C4光合成やCAM（ベンケイソウ型酸代
謝：夜間液胞にリンゴ酸を蓄積し、昼間はこれを利用し、気孔を閉じて光合成する）
では、通常の光合成過程に必要とされる物質輸送活性以外に多様な細胞内代謝中間体輸送系が必要になる。
そして、それぞれに対応した輸175

送体タンパク質遺伝子が多数存在し、複雑な発現制御を受けている。
それらのうち葉緑体包膜のリン酸／リン酸エステル交換輸送体（無機リン酸は共通に、PEP, PGA, 三単糖リン酸, グルコース6-リン酸, 五単糖リン酸と多様な中のいくつかを基質とする）に特に着目して、それら輸送体の活性の特定と遺伝子発現制御機構の解明を目指している。

持っている。
微生物叢の構造やその変化が作物の生産性に影響を及ぼすことは十分考えられるが、直接そのことを示すようなデータは、比較的解明が進んでいる菌根菌を除けば、未だ得られていない。
様々な処理（土壌改良材添加など）を行うことで生産性が変わった場合に、微生物叢がどのように変化するかを詳細に調べることで、作物と土壌微生物の動的関連についての情報を得たい。
また、生ゴミなどの堆肥化過程も基本的には土壌微生物あるいはそのサブセットが実行している。
同様の分析手法で効率的な堆肥化過程を実現させたい。
両者合わせることで、今後予想される環境変動にも影響を受けにくい農業システム・生態系システムを実現させる手がかりを得ることを期待している。

上・環境生態系の維持に向け努力したい。
こんな操作を行ってみたが、微生物叢がどう変わっただろうかと考える環境企業・農業者の方と協力して、環境により優しい農業およびその関連事業を発展させていきたい。

ライフサイエンス●ライフサイエンス

サライイエフンス

情報通信環境材ナ料ノテクノロジー・エネ
ル
ギー

今後の展開
今後の展開◆◆◆

戦略的創造研究推進事業（CREST）の研究テーマ「地圏熱エネルギーを考慮した地下水管理手法の提案」
で、冷暖房の熱源として地下帯水層を用い省エネを図る際の、数値的ガイドライン提案しようとする計画の一環で、深部土壌の微生物叢の研究をも始めている。
これら研究を通じ、環境と微生物の関わり、さらに、土壌・堆肥の微生物叢を研究することで、植物の生産性・ストレス耐性・耐病性の向上への手がかりを得て、日本農業の生産向技製術造︵ものづくり︶

埼玉大学内のボーリングサイトから得た深部土壌試料（地表下10.5〜45 m）の細菌優占種パターン。PCR法により増幅した16S rDNAの領域を、DGGE (Denaturing gradient gelelectrophoresis) 法で分析した。濃いバンドが存在量の多い優占種である。複数の層に共通する種と、分布が限られている種とが存在する。同様の分析を古細菌・真菌についても実施し、さらに各バンドの塩基配列データを取得することにより、土壌微生物叢を網羅的に解析する。

社会
基盤

フロン
ティア৽ါอນა໲
主要発表論文塩ストレスによってCAMが誘導されるアイスプラントでプラスチド型リン酸輸送体遺伝子の発現調節機構を研究する。

また、
C4光合成では、葉の光合成細胞として、維管束鞘細胞と葉肉細胞という2種類の細胞が分化し、協同して機能している。特に前者の分化機構を研究してきた。
土壌の微生物叢と作物生産性／生ゴミ堆肥化の微生物学
土壌には膨大な数の細菌・古細菌・真菌が住み着いており、一部は植物と共生関係を

1) M Wakayama, O Ueno, and J Ohnishi: Photosynthetic enzyme accumulation during leaf
1） M. Wakayama,
O. Ueno, andPhotosynthetic
enzymeaccumulation
leaf
developmentof ArundinellahirtaJ., Ohnishi:
a C4 grasshaving Kranz
cells notassociatedduringwith veins.
Arundinellaa C4 grass having Kranz cells not associated with veins.
Plantdevelopment
Cell Physiol.of44:
1330-40 hirta,(2003).
Plant CellC Physiol.
.
Noake,44:
M 1330-1340
Ohishi, （2003）
J Ohnishi,
and JC Cushman: Transcriptional profiles of2) S Kore-eda,
2） S. Kore-eda,
C. Noake,
M. Ohishi, J.during
Ohnishi,and J. C. ofCushman:
Transcriptional
proﬁles ofinorganellar
metabolitetransporters
induction
Crassulaceanacid metabolism
organellar metabolitetransporters
duringCrassulacean
Mesembryanthemum
crystallinum. Funct.
Plantinduction
Biol. 32: of451-66(2005). acid metabolism in3) M Wakayama,J Ohnishi, crystallinum.
and O Ueno:Funct.
Structure
expression
Mesembryanthemum
Plantand
Biol.enzyme
32: 451-466（2005）. in photosyntheticorgansthe atypical J.
C4Ohnishi,
grass Arundinella
hirta . Planta
223: 1243-55(2006)
3） M.ofWakayama,
and O. Ueno:
Structureand enzyme
expression in
et al. organs(著者8名):
sludgeproductionand 223:
the1243-1255
domination
4) T Sadaie
photosyntheticof theReducingatypical C4 grass
Arundinella
hirta. Planta（2006）ofComamonadaceae
by reducing
the oxygen
supplyin the wastewater
4） T. Sadaie, A. Sadaie,
M. Takada,
K. Hamano,
J. Ohnishi,
N. Ohta, K. treatment
Matsumoto,procedure
Y. Sadaie:ofa food-processing
factory. Biosci Biotechnol Biochem. 71: 791-9 (2007).
Reducing sludge production and the domination of Comamonadaceae by reducing the5) T. Furumoto et al. (著者13名): A plastidial sodium-dependent pyruvate transporter. Nature
oxygen supply in the wastewater treatment procedure of a food-processing factory. Biosci
476: 472-5 (2011).
Biotechnol
Biochem.
71: 791-799（2007）.
S etal. (著者8名)
Characterizationof the plastidic phosphate translocators in6) S. Kore-eda
5） inducible
T. Furumoto,T. Yamaguchi,
Y. Ohshima-Ichie,
M. Nakamura, Y. Tsuchida-Iwata,
N.
theCrassulaceanacid metabolism
plant Mesembryanthemum
crystallinum . Biosci
Shimamura,
J. Ohnishi
et al.(2013).
（著者13名）: A plastidial sodium-dependent pyruvate
Biotechnol
Biochem.
77: 1511-6
transporter.
Nature476: 472-475（2011）. Isolation and characterization of a polyubiquitin
K Morita,
J Ohnishi,
S Kore-eda:
7) MA Azad,
gene and its promoter region from Mesembryanthemum crystallinum . Biosci Biotechnol
Biochem. 77: 551-9 (2013)618