第８章

環境科学技術研究所自主研究

8.1 植物におけるヨウ素必須性証明に向けての生理学・遺伝学的研究
Physiological and Genetic Studies for Proof of Iodine Essentiality in Plants
山上 睦
環境影響研究部

Mutsumi YAMAGAMI
Department of Radioecology
Abstract
Under the condition that ammonia nitrogen is given as a nitrogen source, yellowing of plant leaves has
been observed under iodine deficiency conditions．Based on this phenotype, we isolated mutants related toiodine nutrition. We isolated a mutant line that showed earlier leaf yellowing than the wild type under iodinedeficient conditions. As a result, IRER7, IRER9, IRER11 and IRER60 were isolated. Chlorophyll
concentration was increased with 0.03 mM iodine addition compared to the case for no iodine addition.
Additionally, the decrease in chlorophyll due to the addition of cesium to the medium was mitigated by theaddition of iodine.
1. 目的

形質変化のうち根端部位の黒変以外は硝酸窒素優占

地殻中のヨウ濃度に対して土壌表層のヨウ素濃培地でのヨウ素欠乏条件でも見られることを明らか

度は 2～20 倍も高く、生物的要因等によって土壌表にした。また、数系統のヨウ素要求変異株を単離し層に集積している。このことは、ヨウ素の植物でのた。令和 3 年度はこの変異株を用いヨウ素代謝に関生理的有用性が認められる可能性があることを示唆与する遺伝子を明らかにすると同時に、植物におけしているが、植物における必須性についての詳細なるヨウ素の生理的役割を明らかにすることを目的に研究はほとんどない。シロイヌナズナにおいては、調査を行った。

アンモニア態窒素優先培地においてヨウ素無添加条件で植物が枯死する現象がみられたが、この現象が、2. 方法

アンモニア態窒素の毒性によるものなのかヨウ素欠

2.1 ヨウ素要求変異株の単離乏によるものなのかは明らかになっていない。そこ

アンモニア態窒素優先培地・ヨウ素無添加で現で、アンモニア態窒素優先もしくは硝酸態窒素優先れる、地上部の黄変枯死を指標にして単離されたヨ

処理下でのヨウ素の有無での生理的反応や形態的変

ウ素要求変異株 7 系統について、自家交配後の形質化を詳細に解析することで、ヨウ素の生理的役割をの安定性を確認した。ヨウ素要求変異株のなかで最明らかにする糸口を見つけられると考えた。先行研も形質が明確な IRER7 に関してはさらに自家受粉究で、アンモニア態窒素優先培地でヨウ素無添加にを繰り返し形質の分離が無いか確認した。

すると、１）根の成長抑制、２）根端部位の黒変、

2.2 ヨウ素の生理的役割の解明

３）地上部の黄変、４）葉面積の異常拡大が観察さヨウ素の生理的必要性に関して基礎的な現象をれ、ヨウ素を添加するとこの形質は正常に戻ること明らかにする目的で以下の実験を行った。アンモニを明らかにしている。令和 2 年度は、上記の 4 つのア態窒素代謝関連遺伝子（GS、GOGAT）およびプ

ロトン輸送関連遺伝子（AHA）の破壊系統をると、地上部の黄化と根圏 pH が低下することが本

SALK 研究所から購入しアンモニア態窒素培地・ヨ研究により明らかになっているので、その表現型をウ素欠乏条件での根圏 pH 及び地上部の黄化を観察指標にして代謝破壊に系統を野生株と比較した。アした。アンモニア態窒素優占培地条件で、植物体中ンモニア態窒素代謝関連遺伝子（GS、GOGAT）おの活性酸素の生成が多くなることが報告されておよびプロトン輸送関連遺伝子（AHA）の破壊系統り、活性酸素の毒性をヨウ素が低減している可能性を SALK 研究所から購入しアンモニア態窒素培も考えられた。植物中の活性酸素の生成はセシウム

地・ヨウ素欠乏条件での根圏 pH 及び地上部の黄化でも起こることが明らかになっているので、セシウを観察した。その結果、GS2 の破壊系統のみ、ヨム毒性がヨウ素添加で軽減されるのか否かを実験しウ素欠乏にしても根圏 pH が低下することはなく地た。

上部の黄変が遅れた。したがって、GS2 とヨウ素が何らかの関係性を持つことが示唆され、ヨウ素の3. 成果の概要

生理作用の一端が明らかになった。

3.1 ヨウ素要求変異株の単離

アンモニア態窒素優占培地条件で、植物体中の7 系統のヨウ素要求変異株を自家交配し得られた活性酸素の生成が多くなることが報告されており、種子で再度ヨウ素無添加で黄化する系統を選抜した

活性酸素の毒性をヨウ素が低減している可能性も考ところ、IRER7、IRER9、IRER11、IRER60 が単離えられた。セシウムは植物中に活性酸素を生成し、できた。これらの系統中で IRER7 はヨウ素欠乏条その結果としてクロロフィル含量が低下する。した件で最も早く黄化する系統で、次いでがって、セシウム毒性はクロロフィル含量の低下でIRER11,IRER60 であった。IRER9 に関しては、成指標化できる。このことを用いて、セシウム毒性が熟葉のみが野生型よりも早期に黄化した。IRER７

ヨウ素添加で軽減されるのか否かを実験した。そのに関しては、数世代の継代栽培でヨウ素欠乏条件で結果。クロロフィル濃度はヨウ素無添加と比較して黄化すると同時に著しく成長が抑制される（小型個0.03 mM 添加で高くなり、セシウム濃度の増加に伴体）表現型が観察されたので、黄化もしくは小型化

うクロロフィル濃度の減少割合はヨウ素添加区が無の表現型がヨウ素を加えた正常培地に戻すことで正添加区よりゆるやかであった（Table 1）。このこ

常に回復するか否かを確認した。その結果。小型化とは、セシウム毒性がヨウ素添加で軽減されたことはヨウ素との関連が低いことが明らかになった。

を示している。以上の事から、活性酸素の毒性低減

3.2 ヨウ素の生理的役割の解明にヨウ素が関与することが示唆された。

アンモニア態窒素吸収下でヨウ素欠乏条件にす

Table 1

Effects of iodine and cesium on chlorophyll concentration in leaves

Iodine concentration in medium0(mM)

Cesium concentration in medium (mM)

0.03

00.1

0.2

00.1

0.2

chlorophyll a(㎎/g FW）

0.41

0.32

0.21

0.63

0.62

0.54

chlorophyll b(㎎/g FW）

0.14

0.11

0.07

0.17

0.19

0.15

0.34

0.34

0.33

0.27

0.31

0.28

b/a