関東森林研究 67-1(2016)

速 報

ガラクチノール合成酵素遺伝子によるポプラの耐塩性の向上
A galactinol Synthase gene confers salt tolerance on transgenic poplar
横田智*1・田原恒*1・西口満*1・毛利武*1・掛川弘一*1・楠城時彦*2
Satoru YOKOTA*1, Ko TAHARA*1, Mitsuru NISHIGUCHI*1, Takeshi MOHRI*1, Koichi KAKEGAWA*1 and Tokihiko NANJYO*2＊１ 森林総合研究所
Forestry and Forest Products Research Institute, Tsukuba, 305-8687＊２ 森林総合研究所林木育種センター
Forest Tree Breeding Center, Forestry and Forest Products Research Institute, Taketomi-cho, 907-1432
要旨： ガラクチノール合成酵素（GolS）はガラクチノールを合成する酵素である。ガラクチノールはラフィノース属オリゴ糖（RFO）の前駆体となり，RFO は植物の環境ストレス耐性に関与すると考えられている。私たちは樹木の耐塩性向上のため，GolS 遺伝子に着目して遺伝子組換えポプラを作出した。GolS 遺伝子を過剰に発現する組換えポプラでは，ガラクチノールの蓄積量が非組換えポプラの 5.5 倍に増加した。この GolS 組換えポプラを 50 mM NaClを含む肥料液で４週間水耕栽培したところ，非組換えポプラに比べて 1.5 倍の苗高成長量を示した。
キーワード：ガラクチノール合成酵素，ラフィノース属オリゴ糖，遺伝子組換え，耐塩性，クロポプラ
Ⅰ はじめに取り，約 13 cm の長さの挿穂を調製して水挿した。２週

ラフィノース族オリゴ糖（RFO）は登熟種子中に蓄積

間後，発根が確認された苗を 2000 倍に希釈したハイポネしているのが見つかり，浸透圧調節物質として乾燥耐性ックス肥料液を入れたワグネルポット（1/10000 アール）に関与していると考えられた（１，２）
。さらに， 高塩，で水耕栽培した。水耕栽培は上述した育成チャンバーの乾燥，低温のような環境ストレスを受けた植物において同じ環境条件下で行い。
肥料液は１週間に２回交換した。

も RFO やその前駆体のガラクチノールが蓄積するのが観察された (３，６，７)。

２．オリゴ糖の定量分析

RFO 合成では最初に，前駆体となるガラクチノールがGolS 組換えポプラ，非組換えポプラから成熟葉（約１ガラクチノール合成酵素（GolS）によって UDP-グルコg）を３枚ずつ採取しオリゴ糖を定量した。オリゴ糖の定ースと myo-イノシトールから合成される。我々の研究グ量は前報（４）に記した方法にしたがった。

ループは，クロポプラ（Populus nigra，以後ポプラと表記）に６種類の GolS 遺伝子があり，乾燥や高塩によっ３．塩処理栽培実験て発現量が増加することを明らかにした（５）。さらに，発根から５週間後，苗高が 20 cm 程度になった時点で環境ストレス耐性樹木の開発と環境ストレス下でのNaCl 処理を開始し，４週間継続した。NaCl 処理として，RFO の機能解明のため，GolS 遺伝子を過剰発現する組肥料液に 50 mM NaCl を添加した。実験には，GolS 組換換えポプラを作製した（８）。

えポプラと非組換えポプラを各５本使用した。

本研究では，GolS 組換えポプラの耐塩性を評価して，GolS 遺伝子による組換えの効果を検証することが目的である。

Ⅲ 結果と考察
１．オリゴ糖類の葉内蓄積量
GolS 組換えポプラ，および非組換えポプラの葉内に含Ⅱ 材料と方法まれるラフィノース族オリゴ糖類の量を図－１に示す。

１．植物材料と生葉の調製

非組換えポプラのガラクチノール量が 0.04 mg/g FW な

ポプラの GolS 組換え体と非組換え体の栽培は人工光のに対して，GolS 組換えポプラは 0.22 mg/g FW であり型の育成チャンバー（日長 16 時間，光量子束密度 280 μM5.5 倍になっていた。

m-2 s-1，温度 25/20℃（明期/暗期），相対湿度 75±7％）

ラフィノースとスタキオースについては，GolS 組換えで育成した。これらの腋芽から伸長したシュートを切りポプラと非組換えポプラで蓄積量に違いは認められなか－ 159 －

(2016 年 3 月 7 日受理)った。しかしながら，非組換えポプラでは検出されなか換えポプラよりも良好な苗高成長を示した。この結果かったスタキオースが GolS 組換えポプラでは検出された。

ら，GolS 遺伝子を過剰発現する遺伝子組換えは，ポプラ蓄積量（mg/g FW）0.3

0.3**の耐塩性向上においても有効であると考えられた。

GolS組換え
非組換え

0.2

0.2

引用文献
（１）BLACK, M., CORBINEAU, F., GRZESIK, M., GUY, P.
and COME, D. (1996) Carbohydrate metabolism in the0.1

0.1

developing and maturing wheat embryo in relation to its
desiccation tolerance. J Exp Bot 47：161–169

00ガラクチノール

ラフィノース（２）BRENAC, P., HORBOWICZ, M., DOWNER, S.M.,
DICKERMAN, A.M., SMITH, M.E. and OBENDORF,

スタキオース

糖類
平均値±標準偏差(n=3), ** P ＜0.01(t検定）

R.L. (1997) Raffinose accumulation related to desiccation
tolerance during maize (Zea mays L.) seed development

図－１．GolS 組換えポプラのオリゴ糖類の含有量and maturation. J Plant Physiol 150：481–488

Fig. 1 Oligosaccharides content of the GolS transgenic poplar（３）GILBERT, G.A., WILSON, C. and MADORE, M.A.
(1997) Root-zone salinity alters raffinose oligosaccharide

２．塩処理下の苗高成長量の違い

metabolism andtransport in coleus. Plant Physiol 115：

50 mM NaCl 存在下の苗高成長量について，GolS 組換

1267–1276

えポプラと非組換えポプラで比較した（図－２）。塩処理（４）掛川弘一・楠城時彦・西口満・古川原聡・毛利武・を開始してから２週間は，GolS 組換えポプラと非組換え

田原恒・横田智（2013）ポプラのラフィノース族オポプラの苗高成長量に違いは見られないが，３週目以降リゴ糖の環境ストレス条件下での消長．関東森林研に違いが見られるようになった。４週間の塩処理期間の究 64：69-72

苗高成長量は，GolS 組換えポプラが 33.8 cm，非組換え（５）西口満・古川原聡・横田智・毛利武・田原恒・掛ポプラが 22.3 cm で，GolS 組換えポプラの苗高成長量は

川弘一・楠城時彦（2012）遺伝子組換え樹木の創出

非組換えポプラの約 1.5 倍であった。のためのポプラ環境ストレス耐性遺伝子の探索．日4040

苗高成長量（cm）

GolS組換え30

**

非組換え

輪学術講 123：pb194（６）PATTANAGUL,W. and MADORE, M.A. (1999) Water30

deficit effects on raffinose family oligosaccharide

20（７）PETERS, S. and KELLER, F. (2009) Frost tolerance inmetabolism in coleus. Plant Physiol 121：987–993**
20

excised leaves of the common bugle (Ajuga reptans L.)
1010correlates positively with the concentrations of raffinose
family oligosaccharides (RFOs). Plant, Cell and

00012350 mM NaCl 処理（週）4Environment 32：1099–1107（８）田原恒・毛利武・西口満・古川原聡・横田智・掛川弘一・楠城時彦（2014）環境ストレス耐性の向上

平均値±標準偏差(n=5), ** P ＜0.01(t検定）を目的とした遺伝子組換えポプラの作製．関東森林図－２．塩処理が組換えポプラの苗高成長に及ぼす影響
Fig. 2 Effect of salinity on tree height of transgenic poplars

研究 65：57-60（ ９ ） TAJI, T., OHSUMI, C., IUCHI, S., SEKI, M.,
KASUGA, M., KOBAYAHI, M., YAMAGUCHI-

シロイヌナズナでは，GolS 遺伝子の過剰発現によってSHINOZAKI, K. and SHINOZAKI, K. (2002) Important

耐乾燥性が向上したとしている（９）。ポプラの GolS 遺

roles of drought- and cold-inducible genes for galactinol

伝子の中で遺伝子番号 PnFL1-047－C08 は，塩処理によsynthase in stress tolerance in Arabidopsis thaliana. Plantって強く発現が誘導された（５）。この遺伝子を使って作J 29：417-426

製した GolS 組換えポプラは，50 mM NaCl 存在下で非組－ 160 －