森林総合研究所

平成 22 年版

研究成果選集オゾン耐性遺伝子組換えポプラは耐乾燥性や耐塩性を保持する
生物工学研究領域		

毛利武、古川原 聡、篠原 健司

背景と目的
温暖化など地球環境の悪化に伴い、世界の荒漠地（乾燥地や耕作放棄地など）の面積は年々増加し、陸地の約 30％に達しています。荒漠地の緑化には、高環境ストレス耐性を保持したスーパー樹木の開発が期待されています。
本研究では、環境保全に貢献するスーパー樹木の開発を目指して、大気汚染で問題とされる高濃度のオゾンに耐性を示す遺伝子組換えポプラを作出しました。また、この組換えポプ
ラが耐乾燥性や耐塩性などの他の環境ストレス耐性を保持することを明らかにしました。ここで開発した遺伝子組換え技術は、種々の環境ストレスに対応可能なスーパー樹木の開発に役立ちます。

成 果
オゾン耐性遺伝子組換えポプラの作出

野生型ポプラへの水供給を停止し乾燥ストレスを与え硫黄酸化物やオゾンによる大気汚染は深刻な社会問題ると、葉はしおれて褐変化し、徐々に枯死に至りますが、です。植物は気孔から大気汚染ガスを取り込み、解毒す

組換えポプラでは葉の傷害の発生が抑えられました（図ることができますが、濃度が高い場合には植物自身に傷

２）。また、根から大量の塩化ナトリウムを吸収させ高害が生じ、落葉したり、枯死したりします。この傷害は塩ストレスを与えた場合にも、野生型ポプラの葉はしお植物ホルモンのエチレンの合成により起きます。
そこで、 れて褐変化しますが、組換えポプラでは葉の傷害の発生エチレン合成酵素遺伝子を発現抑制して、エチレン合成が抑えられました（図３）。どちらの環境ストレスも野を阻害した遺伝子組換えポプラを作出しました（図１）。 生型ポプラのエチレン合成を誘導しましたが、オゾン耐
この組換えポプラはオゾン耐性を示し、高濃度のオゾン性組換えポプラではエチレン合成は低く阻害されたままを暴露したところ、オゾン暴露による葉の傷害は生じまでした。

せんでした。反対に、エチレン合成を促進する組換えポプラを作出したところ、こちらはオゾン感受性を示し、以上のことから、環境ストレスによる葉の傷害発生過低いオゾン濃度でも葉の傷害が観察できました。これら

程にエチレン合成が深く関与し、エチレン合成を抑制すの技術を応用することで、大気汚染に強い緑化木や大気ることで環境ストレス耐性を獲得したと説明できます。

汚染に敏感な環境指標樹木の開発が期待できます。

また、エチレン合成を抑制するために適用した遺伝子組換え技術は、オゾン耐性だけではなく、耐乾燥性や耐塩耐乾燥性と耐塩性の評価
遺伝子組換え技術により特定の環境ストレスに対する耐性を向上させたとしても、それだけでは組換え樹木の性を高める方法としても有効であることが明らかとなり、種々の環境ストレスに対応可能なスーパー樹木の開発に役立ちます。

有用性を議論することはできません。なぜなら、遺伝子組換えにより他の環境ストレス耐性にも影響を及ぼす可本研究は、森林総合研究所交付金プロジェクト「環境能性が生じるからです。そこで、オゾン耐性組換えポプ保全に貢献するスーパー樹木の創出に向けた基盤技術開ラの乾燥ストレスと塩ストレスに対する応答を解析しま発」の成果です。

した。
46

ラの作製

左列：野生型ポプラ。中央列：エチレン合成酵素遺伝子を過剰発現させFFPRI

た組換えポプラ。右列：同じ遺伝子
図１ オゾン耐性遺伝子組換えポプ
図１ オゾン耐性遺伝子組換えポプ
図１ラの作製
オゾン耐性遺伝子組換えポプの発現を抑制した組換えポプラ。エ
ラの作製
ラの作製
左列：野生型ポプラ。中央列：エチ
左列：野生型ポプラ。中央列：エチチレン合成を抑制したポプラは強い
左列：野生型ポプラ。中央列：エチレン合成酵素遺伝子を過剰発現させレン合成酵素遺伝子を過剰発現させレン合成酵素遺伝子を過剰発現させた組換えポプラ。右列：同じ遺伝子
オゾン耐性を、逆にエチレン合成をた組換えポプラ。右列：同じ遺伝子の発現を抑制した組換えポプラ。エ
た組換えポプラ。右列：同じ遺伝子促進したポプラは、強い感受性を示
チレン合成を抑制したポプラは強いの発現を抑制した組換えポプラ。エ
オゾン耐性を、逆にエチレン合成をの発現を抑制した組換えポプラ。エ
します。
促進したポプラは、強い感受性を示
チレン合成を抑制したポプラは強いチレン合成を抑制したポプラは強いします。
オゾン耐性を、逆にエチレン合成をオゾン耐性を、逆にエチレン合成を0.2 ppm O30.6 ppm O30.2 ppm O30.2 ppm O30.6 ppm O0.6 ppm O3 3

組換えポプラ野生型ポプラ

促進したポプラは、強い感受性を示促進したポプラは、強い感受性を示します。
します。

組換えポプラ
組換えポプラ野生型ポプラ野生型ポプラ

図１ オゾン耐性遺伝子組換えポプ
図１ オゾン耐性遺伝
ラの作製

ラの作製

図２ 乾燥ストレスに対する応答

左列：野生型ポプラ。中央列：エチ
左列：野生型ポプラ。

水の供給を停止すると、葉はしおレン合成酵素遺伝子を過剰発現させレン合成酵素遺伝子を乾燥ストレスに対する応答
図２ 乾燥ストレスに対する応答
図２ 乾燥ストレスに対する応答
た組換えポプラ。右列：同じ遺伝子た組換えポプラ。右列
れて間もなく褐変化が進み、下部水の供給を停止すると、葉はしお水の供給を停止すると、葉はしお水の供給を停止すると、葉はしおれて間もなく褐変化が進み、下部の発現を抑制した組換えポプラ。エの発現を抑制した組換の葉から枯れ落ちていきます。
エの葉から枯れ落ちていきます。エ
れて間もなく褐変化が進み、下部れて間もなく褐変化が進み、下部チレン合成を抑制した組換えポプ
チレン合成を抑制したポプラは強いチレン合成を抑制したチレン合成を抑制した組換えポの葉から枯れ落ちていきます。
ラでは、このような褐変化と枯死の葉から枯れ落ちていきます。
エ エ
オゾン耐性を、逆にエチレン合成をオゾン耐性を、逆にエが緩和されます。
チレン合成を抑制した組換えポプラでは、このような褐変化と枯チレン合成を抑制した組換えポ促進したポプラは、強い感受性を示促進したポプラは、強プラでは、このような褐変化と枯プラでは、このような褐変化と枯死が緩和されます。
します。
します。
死が緩和されます。
死が緩和されます。
図２0.2 ppm O30.2 ppm O30.6 ppm O30.6 ppm O3

野生型ポプラ野生型ポプラ野生型ポプラ野生型ポプラ

組換えポプラ野生型ポプラ組換えポプラ
組換えポプラ
組換えポプラ
組換えポプラ

図２ 乾燥ストレス
図２ 乾燥ストレスに対する応答

水の供給を停止す
水の供給を停止すると、葉はしおれて間もなく褐変れて間もなく褐変化が進み、
下部

図３塩ストレスに対する応答
塩ストレスに対する応答
図３の葉から枯れ落ちの葉から枯れ落ちていきます。
エ根から大量の塩化ナトリウムを吸収させた野生型ポプラは数日内に枯死します。
エチレン合成を抑制
根から大量の塩化ナトリウムを吸収させた野生型ポプラは数日内に枯死します。
エチレン合成を抑制
チレン合成を抑制
図３
塩ストレスに対する応答
チレン合成を抑制した組換えポ図３
塩ストレスに対する応答
根から大量の塩化ナトリウムを吸収させた野生型ポプラは数日内に枯死します。エチレン合成を抑制した組換えポプラでは、この期間内に葉が枯れないだけではなく、光合成活性も維持します。
した組換えポプラでは、この期間内に葉が枯れないだけではなく、光合成活性も維持します。
プラでは、このようプラでは、このような褐変化と枯根から大量の塩化ナトリウムを吸収させた野生型ポプラは数日内に枯死します。
エチレン合成を抑制した組換えポプラでは、この期間内に葉が枯れないだけではなく、光合成活性も維持します。

死が緩和されます。 死が緩和されます

した組換えポプラでは、この期間内に葉が枯れないだけではなく、光合成活性も維持します。

47

野生型ポプラ野生型ポプラ

組換えポプラ

組換えポプラ