東北大学遺伝生態研究センター年報 1999

東北大学遺伝生態研究センター年報 1999

著者

東北大学遺伝生態研究センター

発行年

1999-03

は じ め に

本遺伝生態研究センターは, 10年間続きました旧｢遺伝生態研究センター｣を改

組して平成10年4月,また再び全国共同利用の研究施設として発足いたしました｡

したがって,本年は新｢遺伝生態研究センター｣の初年度ということになります｡旧

遺伝生態研究センターは,約50年間続いた農学研究所から改組されましたので,そ

れから数えますと本研究センターは実に60年の歴史を持つことになります｡

この間,地球上に生息する種々の生物の生活やそれらの糧となる食物生産の問題

を,光など種々の環境要因に対する生物の反応そして適応,微生物や生物間の相互

作用,遺伝子の役割などの面から研究してきました｡これらの研究は,旧遺伝生態

研究センターで｢遺伝生態研究｣として花開き,そしてこの分野での中核的研究機

関(COE)としての指定を受け,その研究は急速に発展しました｡

このような｢遺伝生態研究｣の発展と研究者間への定着を礎として,新｢遺伝生

態研究センター｣は旧研究センターと同じ名称の全国共同利用施設として,また

COE機関として,さらに2大研究部門, 6研究分野に発展的に改組されました｡こ

の新しい｢遺伝生態研究センター｣では,これまでの遺伝生態研究を｢複合する環

境｣と生物の有する｢多様な遺伝子(秤)｣というより高次な局面で実証し,学問と

して完成させることになりました｡

この目的を達成するため,今年度から共同研究にCOE研究とをドッキングさせ

た重点研究プロジェクトを2課題走らせました｡そして,この研究課題に沿ってワー

クショップも開催いたしました｡これらの活動は,センター通信やIGEシリーズな

どで報告してまいりましたが,この年次報告書はその他の研究も含めて,初年度一

年間の研究活動を集約したものであります｡

新しい研究センターがさらに飛躍いたしますように,そして目的が達成いたしま

すように,関係各位のより一層の御支援と御鞭鍵をお願い申し上げます｡

平成11年3月

東北大学遺伝生態研究センター長

大 瀧   保

目   次

は じめに

第1章 遺伝生態研究センターの概要

1沿革,設置日的,運営

第2章 研究活動

1各研究分野の研究活動

2 研究業績等 7  8  9 3 COEの形成に係る中核的研究機関支援プログラム 日日--- 43

第3章 共同研究等

1平成10年度ワークショップ報告 2 平成10年度重点共同研究報告 3 平成10年度一般共同研究報告 4 平成10年度外国人(訪問者等)特別講義及び特別研究会報告･-- 86

第4章 教育活動

大学院教育(大学院学生一覧)

第5章 刊 行 物

刊行物一覧〔昭和63年度∼平成10年度〕 -･-･-=･--- 95 ◎IGEシリーズ目次(No.25･26) -r ◎ISKシリーズ目次(No.12) ◎センター通信目次(No.41･NS No.1-4) ----･･=----100 ◎ニュースレター目次(No.10)

1沿革,設置日的,運営

(1)沿革 昭和14年8月1日 昭和24年5月31日 昭和63年4月 8日 平成 4年4月1日 平成10年4月 9日 昭和14年8月1日勅令第521号(官制)により農学研究所設置 国立大学設置法により東北大学附属研究所となる 国立大学設置法施行規則の一部改正により,遺伝生態研究センターに転換 ｢生態生理研究部門｣, ｢適応生態研究部門｣, ｢遺伝子生態研究部門｣, ｢環 境情報研究部門｣及び｢生態システム(客員)研究部門｣の計5研究部門 で発足 新たに｢臨界生態遺伝研究部門｣が設置 国立大学設置法施行規則の一部改正により,遺伝生態研究センターに改組 ｢遺伝子多様性研究部門｣及び｢環境変動遺伝生態研究部門｣の2大研究 部門の中に,それぞれ3研究分野を配置し, 6研究分野体制で発足 (2)設置日的 遺伝生態研究センターは, ｢生態系における生物種の遺伝的基礎に関する研究を行うと同時に, 国立大学の教員その他の者で,この分野の研究に従事するものの利用に供する｣研究機関として 設置され,種々の要因が作用し合う複合環境の変動に対して,植物や微生物がどのように反応し, 適応していくかなどの問題を,それぞれの生物の持つ遺伝子の多様性の面から解析することを目 的とする｡ (3)運営 (∋ 組織･運営体制 本センターには,その組織,人事,予算その他運営に関する重要事項を審議する｢運営委員 会｣及び,その共同利用に関する重要事項についてセンター長の諮問に応じる｢運営協議会｣が 設置されている｡ 運営委員会は,本センター教授6名,助教授6名及び学内他部局の教授3名により構成され, 運営協議会は,本センター教授6名,学内他部局の教授3名及び他大学の教授4名により構成 されている.この運営協議会の下には,内規に基づき,本センターの共同研究計画等に関する 専門の事項を審議するための｢共同利用･共同研究専門委貞会｣, ｢採択専門委員会｣及び｢研 究評価専門委員会｣が設置されている｡ また,運営委員会審議事項の検討及び議題整理のため,本センター教授･助教授により構成 する｢教授会議｣が置かれている｡ 研究部門･研究分野,実験施設,事務部の構成は,次頁の組織図のとおりである｡ ② 研究支援体制 本センター内には,研究活動を支援するため,施設整備委員会,図書委員会,共通施設運営 委員会など各種委員会が設けられている｡ また,電子顕微鏡操作,ラジオアイソトープ管理,実験植物管理,大型機器管理など特殊技 能を有する技官等による支援によって,研究活動は円滑に行われている｡

3 職   員

(平成11年2月1日現在)

センター長(併)教授大瀧保

【研究部門.研究分野】 劍 倬ik YH ｢

■遺伝子多様性研究部門

ｬ(ｺｹ¥ :闔)6

i HﾊHｸiYInR 倬ik +y Y 委Y;

ｸ 駝 ｧﾈ ﾂ

●遺伝子環境応答研究分野 ●臨界環境遺伝生態研究分野 教授大瀧保 教授熊谷忠 乂ﾉ+x i8ﾈ 中核的研究機関外国人研究員 助教授佐藤雅志 偃YD96饐8ﾏ 客員教授崖寛三 助手日出間純 倬ik ｪ gｹ[h ｸ檍ﾇhｧﾈ ﾂ 助教授片岡博尚 中核的研究機関研究員 助手官尊厚 成日慶 技官金野弘記 技術補佐員山口弘子 乂ﾉ+x : dﾙ&｢ 学術振興会外国人特別研究員 劍益D8ﾛ( 盈 H ●地圏環境遺伝生態研究分野

Schimek,Christine 劍駟k ｪ ﾉ{ ｸｺI: y駅 ｧﾈ ﾂ

事務補佐員丹野静 教授南洋究 助教授三井久幸 ●遺伝子機能制御研究分野 助手佐藤孜 乂ﾉ+xﾛ( 盈員ｲ 教授亀谷寿昭 学術振興会外国人特別研究員 偃YD8 ﾉ: yz( ｹ ﾘ ｨ ﾂ 助教授塩月(菅野)明 AdelElbeltagy 助手庄司舜- 技術補佐員西岡きよ 中核的研究機関研究員 崖賢美 技官東海林英夫 技術補佐員東海林比呂子 倬ik ｪ ｸﾋH支 ｸｵｨｪ ｨ ﾂ ●遺伝生態情報システム研究分野 教授津田雅孝 亰ｨｪ ｩ,8ﾏX ●遺伝子適応生態研究分野 助教授菊本敏雄 亰ｨｪ ﾄi$ｨｵh爾 教授高橋秀幸 助手石栗義.雄 助教授東谷篤志 中核的研究機関研究員 助手藤井伸治 安価尚志 教務職員西洋武明 技術補佐員安彦祐三子 技術補佐員太田たけ子 受託研究員津田宏之 〔客員教授〕 教授(併)百町満朗 (岐阜大学農学部) 【実験施設】

◆湛水生態系野外実験施設◆遺伝子実験室◆電子顕微鏡室

主任.助教授(併)主任.教授(併)主任.教授(併)

佐藤雅志南洋究大瀧保

技官-候邦夫◆ラジオアイソトープ実験室◆温室.ガラス室 ◆環境制御実験室主任.助手(併)主任.教授(併) 主任.助教授(併)佐藤孜亀谷寿昭 佐藤雅志 教務職員武蔵昭一

1各研究分野の研究活動

■ 遺伝子多様性研究部門 本研究部門では,光や温度など環境要因の変化,およびこれらいくつかの要因の作用し合う複合環 境の変動に対して,生物の生活や生態がどのように変化し,適応していくか,また遺伝子を改変され た生物が生態系の中でどのような動態を示すかを,生物の有する遺伝子の違いや変異性から解明する ことを目的としている｡ 〔遺伝子環境応答研究分野〕 ｢遺伝子環境応答研究分野｣においては,このような環境あるいは複合環境の変動に対する植物や微 生物の生殖や形態形成の制御機構を,これら生物の有する遺伝子群の多様性と発現調節の面から,ま た細胞生物学および細胞生理学的な手法を用いながら解析している｡具体的には接合菌類に属するヒ ゲカビ(Phycomyces)やミズタマカビ(Pilobolus),それに黄色藻類に属する(Vaucheria)を使用し, これら多核体に特有な核間の相互関係,細胞の場と核の役割や遺伝子発現制御の関係,環境刺激受容 部位と細胞の反応部位との関係,その間を結ぶ刺激伝達系などに焦点を当てながら解析を行っている｡ 平成10年度における研究課題と成果は次の通りである｡ (1)ヒゲカどやミズタマカビは光や重力刺激に敏感に反応し,そのカロチン合成,胞子嚢柄や胞子 嚢形成,接合反応,そして胞子嚢柄の屈性などが大きな影響を受けることから,当研究グループでは 多くの突然変異株を利用しながら長年にわたってその解析を行ってきた｡その結果, 1)ミズタマカど の胞子は98%以上が2核であること,その核数は白色変異株や胞子嚢が異化しない変異株において ち,また菌株の温度条件によっても大きな変化のないことが明らかになった｡現在,ヒゲカどの胞子 の核数決定機構と比較しながら,ミズタマカビ胞子における2核性決定の機構を変異株間の-テロカ リオンなどを作成しながら解析している｡ 2)ヒゲカビ(Pb)の10個のキチン合成酵素(CHS)遺伝 子群において,推定8.2kbのmRNAを転写しているPbCHS8遺伝子を解析した結果,ヒゲカビでは はじめてクラスVのCHS遺伝子の存在が明らかとなった.また,その遺伝子に連続する上流に未知 の遺伝子の存在が判明した｡ 3)ヒゲカどの菌糸には,大きさの極端に異なる大型の胞子葉柄と棲性胞 子嚢柄の2種類の胞子葉柄が形成され,共に光によって制御されているが,矯性胞子葉柄の分化には 赤色域の光が関与している可能性のあることが示唆された｡ 4)ヒゲカどの形質転換体作出のため､,胞 子発芽体を用いてプロトプラストを調整し,エレクトロポレーション法により, G418抵抗性遺伝子の 導入を試みたところ,数株のG418抵抗性株を得ることに成功した｡ 5)ヒゲカどの胞子葉柄の重力刺 激受容体と考えられるタンパク質性の結晶体およびglobulesの微細構造を観察し,ケカどやミズタマ カどのそれらとの比較検討を行った｡ 6)微生物の形態形成を理解するため,細胞性粘菌の子実体形成 時に発現するcDNA群をクローン化し,遺伝子破壊株作成用のプラスミド群を構築した｡ (大瀧 保,官尊 厚,雀 寛三, ChristineSchimek,福井 丈,堀江直司,高本耕三,三岡周子, 鄭 明淑) (2)青色光による側枝誘導: 1)フシナシミドロ(Vaucheria)は黄色植物(ストラメノパイル界) に属する多核細胞である｡黄色植物は卵菌のような真核生物に紅藻に近い真核単細胞生物が細胞内共

生することによって生じたと考えられている｡その大きな根拠は,この仲間の生物は全て,葉緑体の 外側にもう1枚の膜をもつことにある｡クロロフィルaとCをもつことも緑色植物とは異なる｡フシ ナシミドロの筒状の細胞の一部を青色光で照射すると,約4時間で照射域の中央から枝が発生する｡枝 の基部に隔壁はなく,この反応は青色光による細胞光形態形成反応(cytophotomorphogenesis)であ る｡ 2)照射域を細胞直径に近い50FLmまで狭くすると,枝の発生位置が照射域からずれる確率が増 した｡照射域の中心から枝が発生するためには, 60-70ノJm以上照射される必要がある｡ 3)青色光照 射開始1-2時間から核が照射域へ集合をはじめ,枝の発生まで続く.一方,葉緑体集合は30分で終了 する｡ 4)核の集合は微小管束によっており,微小管を壊すと核は集合せず,枝も発生しない｡ 5)核 の1端に常に存在する中心体から, 30-40本の微小管でできた1本の束が約60JJm伸びていることを 電子顕微鏡を用いて発見した｡ 6)核の運動をNomarski顕微鏡をもちいて観察したところ,核は微 小管束に引かれて移動するらしい｡照射域の幅と枝位置決定機構の関逮,核の運動機構の解明が来年 の課題である｡ (片岡博尚,高橋文雄,山形大 菱沼 佑) (3)青色光による先端成長域の形成: 1)青色光は先端成長域である透明帽領域を拡大し,先端成 長を開始,あるいは促進する｡ 2)赤色光は暗黒と等価であり,先端成長域を縮小させ,成長速度の減 少と細胞直径の減少を起こす｡ 3)透明帽拡大は数秒一数分の青色光で十分であり,効果は数分であら われる｡ 4)透明帽の拡大は分泌小胞の生産と輸送増大に,縮小はその減少か停止による｡ 5)アクチ ン破壊剤は無効だが,微小管破壊剤は青色光の効果をなくす｡ 6)微小管破壊剤はエクソサイトシスを 阻害するよりむしろ,分泌小胞の先端への運搬を阻害する｡活発に成長している先端には多くの核が 集まっている｡これは枝誘導時と相同である｡先端での核と微小管束の関係を基部と比較する必要が ある｡ (片岡博尚,高橋文雄) (4)黄色植物(ストラメノパイル)と緑色植物での浸透圧調節に用いるイオン種の違い: 1)ウル シグサ科など,ある種の褐藻は強い硫酸を液胞に音標し,これが食害を防止するに役立っていると信 じられている｡ 2)フシナシミドロも多量の硫酸イオンを含み,浸透圧/膨圧調節に際して,積極的に 硫酸イオンを吸収する｡これはこれまで知られている緑藻(緑色植物)にはない特性である｡ 3)界の 違い(緑色植物とストラメノパイル)で,硫酸の利用能が違うかを調べる研究に着手した｡ 4)同様に 硫酸を蓄積する褐藻アミジグサ科で,細胞内イオン組成をイオンクロマトグラフイを用いて測定し,系 統間で比較したところ,硫酸蓄積能に関しては大きく2群に別れたが,硫酸を蓄積しない群でも多量 の硫酸イオンを蓄積していた｡ (片岡博尚,神戸大 佐々木秀明,神谷充伸,川井浩史) 〔遺伝子機能制御研究分野〕 当研究分野においては,人為的に遺伝子群(ゲノム)を改変した植物の作出と遺伝子の発現の制御 機構および種々の環境下における植物の動態に関する研究を行っている｡具体的研究のテーマとして は, (1)遺伝子改変法の検討と改変植物の種々の環境条件下における遺伝子発覗, (2)雌雄異株植物 の性分化機構, (3)資源植物生態に関する研究,である｡今年度の研究の概要は以下の通りである｡ (1) LEA (LateEmbryogenesisAbundant)遺伝子をダイズの種子に注入(Injection)し,形質 転換植物を得ることができた｡この方法を他のマメ科植物に応用したところ,インゲン(Phaseolus

uulgaris L.),エンドウ(Pisum satiuum L.)において,形質転換植物を得ることができた｡この方 法は,単純で容易であり,組織培養による再分化系を必要としないので,広範に適用することが可能 であると期待され,種々の植物を用いた予備的実験を行っている｡ LEA遺伝子の発現の安定性を検討

するため,形質転換体の世代の促進や耐塩性と耐乾性の検定法を検討している｡ イネとオオムギ,キャベツとダイコンの細胞融合体(体細胞雑種)におけるミトコンドリアDNA (mt-DNA)の改変状態を調べるために,種々のプローブを用いてRFLPの解析をした｡その結果,そ れぞれの細胞融合体でmt-DNAの組換えが起きていることが再確認された｡葉緑体への遺伝子導入 法を検討するために,パーティクルガンによるタバコ葉緑体DNAのaadA遺伝子のタバコとブラシ カ葉片への導入を試みた｡導入の確認は今後の予定である｡ (2)花芽形態形成に関わる遺伝子群の中で,心皮と雄しべの器官決定に関与するAPETALA3遺 伝子とAGAMOUS遺伝子のホモログをアスパラガスより単離するため,様々な植物で単離されてい るこれらの遺伝子の塩基配列をもとにプライマーを作成し,PCR法を用いてアスパラガスのホモログ のPCR断片を単離した｡さらに3′-RACE法により, cDNAの90%をカバーするクローンを単離す ることに成功した｡これらのアミノ酸配列をもとに系統解析した結果,これらがアスパラガスの APETALA3遺伝子とAGAMOUS遺伝子のホモログであることが示唆された｡現在得られたクロー ンをプローブに用いてサザンハイプリグイゼイションを行っている｡ アスパラガスにおける形質転換系を確立するために,雌雄の両株からカルスを作成し,抗生物質(ハ イグロマイシン)に対する生長反応を調査した｡また,生長点から再分化能の高い苗条原基の誘導に 成功したので,これを用いて,遺伝子導入を試みている｡ (エフェンディ,河内義貴,撞 賢美,朴 珍姫,塩月(菅野)明,亀谷寿昭)

(3)本年度は南西日本の臨海域にみられるコオニシバ(Zoysia sinica HANCE)やナガミノオニ シバ(Z. sinicavar. nipponica)からなる二,三の群落について植生調査を行った｡これら群落は,檎 成種数は極めて少数か殆ど単一種からなる純群落に近いもので,立地から塩生植物群に区分される｡ また,これらの草種にみられる開花は, 3月中旬頃に開始されており,シバやオニシバで認められた生 殖生長(前年秋季の花芽分化一冬季低温による発育停止一春季気温上昇にともなう発育再開と開花)と 同様な経過をたどることが明らかにされた｡上記両個体群の直立茎の動態については今後の研究にま ちたい｡ (庄司舜-) 〔遺伝子適応生態研究分野〕 当研究分野では,生物が環境ストレスあるいは特殊環境の条件下で生活するために有用な形質革よ び反応の生理･分子機構を解明するための研究を行っている｡本年度の研究成果は以下のとおりであ る｡ キュウリ芽ばえの重力形態形成機構を解明するために,宇宙実験系を確立し,スペースシャトルに ょる宇宙実験を実施した｡その結果,地上で種子を水平において重力刺激を与えた対照区では,すべ ての芽ばえが下肢軸基部の下側に1個のペグを形成したが,宇宙の微小重力下で発芽した芽ばえはほ とんどが2個のペグを形成した｡したがって,地上でのキュウリ芽ばえのペグ形成には,重力による ネガティブコントロールが働いていることが明らかになった｡また,ペグの発生過程を走査型電子顕 微鏡で解析し,表皮細胞の特異構造とその役割を明らかにした｡また,単離したキュウリ由来オーキ シン誘導性遺伝子(Aux/IAA)群のうち,オーキシン応答性が最も顕著なCSIAUX22mRNAの蓄 積量がペグ形成部位で多いこと,それが重力の影響を受けることを明らかにした｡現在,オーキシン

制御遺伝子の発現および表層微小管とペグ形成の関係を微小重力下で発芽させた芽ばえを用いて解析 している｡さらに,次期宇宙実験系確立を目的として,航空機によるパラポリック飛行を利用した微 小重力実験を行った｡       (高橋,藤井,鎌田,東谷) 根の水分屈性発現機構を明らかにするため,エンドウの根の水分屈性に機能すると考えられるエン ド型キシログルカン転移酵素(EXGT)の遺伝子を単離し,その全長の塩基配列を決定し(Ps-EXGTl と命名),機能解析を行った結果,主に伸長組織で高く発現し,根においては伸長速度に応じて発現が 増加することが明らかとなった｡また,水分屈性における根の偏差生長に伴ってその発現量が変化す ることがinsitu法による解析により確認され,根の伸長制御と相関があることが示唆された｡さらに, このEXGTタンパクの局在を間接蛍光抗体法により解析した結果, EXGTはタンパクレベルにおい ても,根の水分屈性発現時にその発現が変動していることを確認し,根の偏差生長にこの酵素が機能 しゼいる可能性を示した｡      (高野,藤井,東谷,高橋)

中国黄土高原在来コムギ(Hong Mang Mai)が深播き,強光,弱光,低酸素などの環境ストレス

に耐性であることがわかってきた｡これらストレス耐性機構を解明するための実験を行い,深播き耐 性コムギはエチレンに反応して第1節間を伸長させるが,深まき耐性の品種間差異をエチレン生成量 とエチレン感受性だけでは説明できず,ジベレリンが重要な因子であることが明らかになった｡ (西洋,東谷,高橋) キュウリの花の性分化におけるエチレンの役割とその作用機構を解明するための実験を行い,キュ ウリの茎頂において, CS-ACS2遺伝子の発現量が雌花形成に必要な内生エチレン量を制御し,また, エチレンによって制御されるCS-ERSおよびCS-ETR2遺伝子の発現が,エチレンを介するシグナ ル伝達経路の最も上流でエチレン作用を制御することによって花の性分化を調節し,これら3種の遺 伝子は,キュウリの品種による性表現の違いに深く関与していることを明らかにした｡ (山崎,藤井,高橋) 遺伝的多様性を獲得するための配偶子形成にみられる減数分裂期の遺伝子組換え機構とチェックポ イント制御機構を解明するための実験を線虫とオオムギを用いて行った｡その結果,線虫から,遺伝 子組換えに関与する大腸菌recA様遺伝子Ce-rdh-1 (C. elegans RAD51, DMCl/LIM15 homolog

1)と,細胞周期ならびに減数分裂過程のチェックポイント制御機構に関与するヒトATM (ataxia

telangiectasia mutated gene)様遺伝子Ce-atlJ (C. elegans ATM like 1)を単離することに成功 し, Ce-ail-1が必須な遺伝子で染色体の分離分配,遺伝子の変異などにも関わり,機能的にもATM に類似の線虫における分裂周期のチェックポイント制御に関わる相同遺伝子であることを明らかにし た｡      (東谷,高浪,青木,高橋) また,オオムギの生殖生長が,高温に感受性を示して雄性不稔を引き起こす時期が,幼穂の分化初 期から減数分裂期以降の比較的長い期間に渡って存在することが明らかになった｡また,これらの障 害条件下でも,幼穂は外見上正常に発育し,出穂し,また桁も確認できたことから,生殖生長におけ る体細胞分裂組織の分裂には,今回の高温処理では顕著な障害を起さない｡すなわち,この高温障害 は減数分裂過程を含む雄性配偶子細胞においてのみ生じることが示され,高温ストレスによる不稔実 験系が確立された｡      (東谷,阪田,高橋)

■ 環境変動遺伝生態研究部門 〔臨界環境遺伝生態研究分野〕 当研究分野では,紫外線UVBやCO2濃度の増大などの環境要因の変動が植物や微生物の生活･植 物と微生物の相互作用に及ぼす影響を解析し,さらに植物の紫外線に対する防御と想定される未来環 境への適応の機構を明らかにするための研究を行っている｡今年度明らかにした主要点を以下に記す｡ 植物の生育に及ぼす紫外線UVBの影響∼UVB誘導DNA損傷の生成とその光修復能からの解析 1 :イネのUVB誘導Cyclobutyl pyrimidinedimer (CPD)生成能とその光修復能,および紫外吸 収物質の蓄積量は生育時の可視光およびUVBによって左右され,葉内紫外吸収物質の蓄積はイネの UvB誘導CPD生成能と高い負の相関関係を示し, UVB誘導CPD生成能に有効に作用することが 判った｡しかしながら,生育中の個体のもつ葉内CPDレベルは定常状態に達するが,そのレベルは案 内紫外吸収物質の蓄積量の違いに影響されないことが判った｡また,植物が生育しているときのCPD レベルの日変化を調べた結果, CPDレベルは太陽光の下ではおおよそ数個のCPD/Mbが何時でも維 持されること,また, UVBを付加することによって野外に拘らず増加するが,その後,そのレベルは 一定であり,蓄積し続けることはなかった｡すなわち,CPDレベルは可視光に含まれる青色域とUVA 域(320-400nmの紫外域の光)による光修復能とUVBによるCPD生成能の適当なバランスの下で は動的平衡状態が維持されることが判った｡この知見は妻恵淑女氏の学位論文の骨子である｡

2: UV感受性イネ農林1号は, UVB誘導CPDを修復する光修復能力が, UV抵抗性イネ品種ササ ニシキと比べ低下している｡この要因として, ①光修復酵素の構造変異に由来すると考えられる基質 (CPD)-酵素複合体の安定性または光感受性の違い, ②生体内での本酵素の発現系の変異による発 現量の違い等が考えられる｡そこで, ①の可能性について検討した結果,農林1号の光修復酵素は構 造上に変異があることにより,その能力が低下している可能性が示唆された｡ 3:イネのCPDの光修復能は暗黒下で生育した黄化植物には見出されないが,短時間の光照射に よって誘導される｡現在,光修復能の誘導の光調節反応の光受容体を明らかにする前段として,波長 依存性を検討している｡また,イネのCPDの光修復能とアントシアニンとの相互関係についても検討 中である｡ 4 : UV-B量の増加は,特にRubisco含量が紫外線感受性イネ品種において著しく減少した｡.一方, クロロフィル(Chl)含量はRubiscoほど影響を受けなかった｡そこで, Chlのおよそ50%が結合し ているクロロフィルタンパク質(LHCII)へのUVBの阻害効果について調べた｡その結果, Rubisco と同様,葉緑体内に局在するLHCIIは, Rubiscoのような顕著な減少は認められなかった｡前年度に 引き続いて,15NをトレーサとしてRubiscoとLHCIIの合成と分解にUVBが及ぼす影響について解 析を行っている｡また,紫外線抵抗性の異なるイネ品種間で認められたUVBのRubiscoとChlに及 ぼす阻害効果の差異は,紫外線抵抗性の異なる植物種間(UVB抵抗性の強いインゲンと弱いナスとの 比較解析)においても成立するのか検討中である｡ 5:紫外線耐性品種日本晴(日本型)と紫外線感受性品種Kasalath (インド型)に由来するバック クロスインプリッド系統で検出された第10染色体上の紫外線感受性に関わる遺伝子について,準同質 遺伝系統の交配後代等を用いて遺伝子の単離を進めている｡野生イネの紫外線感受性について野外で 調べた結果,林床に自生している野生種の草丈やバイオマスの増加は裸地に自生している野生種に比

較して紫外域の光量により影響を受けることを兄いだした｡大気二酸化炭素濃度の上昇は植物のバイ オマスの増加をもたらすが,イネなどにおいては生育後半に葉身の老化が促進されることもある｡大 気二酸化炭素濃度上昇に有用なイネ遺伝資源を探索するための予備試験をオープントップチェンバー を用いて行った｡また,葉身の老化が早いインド型イネ品種Kasalathと遅い日本型イネ品種日本晴に 由来するバッククロスインブリッド系練を用いて登熟時期の葉身の老化に関するQTL解析を行い, 葉身の老化に関わる遺伝子座を検出した｡ イネごま葉枯病菌Bii･olaris oYyZaeにおける近紫外光と青色光応答cDNAの単離 昨年度までに見出した近紫外光によって転写量が増加するuvi-1遺伝子の発現は数秒の光照射に よって誘発される遺伝子であることが判った｡そのcDNAは全長985bpで184アミノ酸からなる

ORFをコードしており, genomic DNAには2つのイントロンが含まれていること,この遺伝子が

コードしている疎水性タンパク質の合成に成功し,現在,その性質を検討しているところである｡ま た,転写が近紫外光によって増加し,青色光によって抑制される遺伝子uvi-2を見出し,アンチセンス の存在を明らかにした｡現在この遺伝子の性質を検討しているところである(岡嶋君の修士論文の骨 千)｡ 〔地圏環境遺伝生態研究分野〕 当研究分野では,植物と相互作用を持つ土壌微生物の生態･機能･遺伝子発現調節および土壌の化 学性を研究することによって,地圏についての理解を深めることを目標に研究活動を行っている｡本 年度は以下のような研究を行った｡ 土壌微生物の多様化や遺伝子水平伝達の機構を明かにするために,多数の挿入配列(IS)を多コピー

保有するダイズ根粒菌(Bradyrhizobium japonicum)超反復配列保有株(HRS株)を対象に, DNA

再編成が起きている窒素固定(mf)領域25 kbの塩基配列を決定し再編成の様式を解析した. HRS株 の地理的分布を明かにするために, HRS株特異的なIS1631などを利用した検出方法を確立した｡以 前観察された, HRS株からの根粒形成遺伝子の水平伝達の解析のために,根粒形成(nod)領域に薬 剤耐性遺伝子を挿入した標識HRS株を作成した｡ (伊沢 剛,鮫島玲子,板倉 学,三井久幸,南洋 究) ダイズ根粒菌B71adyrhizobium elkaniiの生産するリゾビトキシンは,植物のエチレン生合成系の ACC合成酵素を競合的に強く阻害することを明かにした｡リゾビトキシン生産遺伝子破壊株およびェ チレン合成とエチレン受容の阻害剤を用いて,リゾビトキシンがエチレンの生合成を阻害することに よって,サイラトロの根粒形成を促進することを明かにした｡リゾビトキシンの生合成系を明かにす るために,既報のrtxA遺伝子を含むB. elkaniiのコスミッドを単離した｡ (市川徳一,安田 剛,貫井憲之,遊橋健一,南洋 究) 野生イネおよび栽培イネ在来品種の茎,種子等に内生している細菌や糸状菌の単離を系統的に行っ た.その一部について同定を行ったところ, Methylobacterium属, Curtobacterium属の細菌が多数の イネから分離されていた｡また,窒素固定活性を示す細菌を野生イネから単離し,同定を行ったとこ ろAzospirillum属, Herbaspirillum属細菌であった｡ (AdelElbeltagy,鈴木 永,西岡キヨ,東海林比呂子,三井久幸,南洋 究) マメ科植物との細胞内共生能を含む根粒菌の特異な性質を理解するために,アルファルファ根粒菌

Sinorhizobium melilotiにおけるRNAポリメラーゼ･シグマ因子の多形とその機能分化の解明に取

り組んでいる.昨年度クローン化した2つの新規遺伝子sigB, sigHは,いずれも大腸菌E. coliの熱 ショックシグマ因子遺伝子71,oHと相同性を有していた｡E. coliのAゆoH変異の相補性,及び環境変 化に伴う発現パターンから, sigB,sigHはストレス(熱ショック)応答に関与することが推定された｡ しかし, sl'gB, sigHそれぞれ単独の遺伝子破壊ではストレス耐性等に影響は見られず,両者の機能重 複が示唆された｡一方, sigBとsigH間の配列の相違や,発現パターンから,両者は単なる遺伝子重 複ではなく,異なる役割を有している可能性がある｡  (尾野由紀江,三井久幸,南洋 究) 火山灰土壌多腐植層の有機物には熱変成の証拠と推定される性格が付与されている｡昨年度から,多 腐植層の原料としてススキを選び,その無機成分について,熱変成の証拠を発見しようとしている｡具 体的には,珪素と酸素の結合エネルギーの熱変成過程での変化,それとススキに含まれている珪酸の 変化の比較を行った｡      (佐藤 孜) 〔遺伝生態情報システム研究分野〕 当研究分野では,環境要因及び複合環境の変動に伴う生態系変化の研究を,生態系を構成する生物 種の遺伝子群の再編成や伝達,機能発現の観点からと異なった環境に適応した植物や微生物の集団分 化に関する遺伝生態的観点から行っている｡本年度は以下のような成果を得た｡ Pseudomonas putida MT53株に内在する110 kbのプラスミドpWW53上のトルエン分解遺伝子 群は39kbのTn4656と80kbのTn4657内に存在することを兄いだした｡両者ともII型トランス ポゾンに属し, Tn1722のTnpAやTnpRと機能的互換性を有する転移関連酵素により転移した. Tn4656はTn4657に内包され,両トランスポゾンは一方の末端とtnpR-tnpA遺伝子群を共有して いた｡また, Tn4656はpWW53上の2箇所に分断されて存在し,本トランスポゾン形成には2つの 断片間の部位特異的逆位の関与が示唆された｡ (津田雅孝,矢尾幸恵,源河浩之,津田宏之) 土壌細菌の緑膿菌(P. aeruginosa)での鉄環境応答遺伝子群のカタログ化と発現制御機構の解明の ために,本菌鉄レギュロン全体のレプレツサーであるFurの機能完全欠損突然変異の単離を種々の遺 伝学的手法を用いて試みた｡当該変異は,種々の生育条件下でも取得できず,本菌生存にFur機能が 必須であることが証明された｡       (津田雅孝,土居恵子,安価尚志) 環境に優しい微生物農薬の開発:病原性を喪失し,かつバクテリオシン生産能を保持した非病原性 軟腐病菌はハクサイ軟腐病に対する微生物農薬として,バイオキーパーの商品名で発売になり実即ヒ された｡つぎに植物細菌病の防除剤として汎用されている鋼剤の減農薬と防除効果の改善を図るため, 銅剤との併用可能な鋼剤耐性微生物農薬の開発を試みた｡この鋼剤耐性微生物農薬をハクサイに散布 し,その1週間後に所定濃度の有機鋼水和剤を散布し,生残に及ぼす影響を調べた｡ハクサイに定着 した耐性菌は全く鋼剤散布の影響を受けず,銅剤との併用が可能であることが明らかになった｡さら に,鋼剤と微生物農薬の併用区の方がそれらの単用区より高い防除価が得られた｡ 軟腐病菌の低分子量バクテリオシン調節遺伝子brgのクローニングに成功した｡この遺伝子はバク テリオシンの生産を調節するほか乳酸の資化,細胞分裂,さらに運動性など多数の形質の調節に関与 することが明らかになったoこの遺伝子b7gは大腸菌のスーパーオペロン調節遺伝子内のhfqおよび Yersinia enterocoliticaのenterotoxin (Y-ST)を調節する遺伝子ystなどの遺伝子と高い相同性が 認められた｡つぎに軟腐病菌は1つの菌株が多様な低分子量バクテリオシンを生産していることを明

らかにした｡      (荘 敦亮,チレメ･アンバービン･ジェドゥ,菊本敏雄) 植物の生活環における形質発現は個体の生理的な令によって制御されている｡個体の主軸における 器官形成と側芽からの器官形成はいずれも個体の軸性に対する頂芽優性の強さによって決定される｡ 頂芽優性は頂芽が栄養器官形成から生殖器官形成に切り替わることによって急速に弱まり,主軸の節 間の伸長,続いて分枝など側生器官の分化が連続的に生じる｡アプラナ科などロゼット態を示す植物 種ではこのプログラムを基本にした発育形質の発現が展開され,その各段階が環境によって強く制御 されている｡これまで明らかにして来たシロイヌナズナおよびタネツケバナの集団間に見られる開花 に関する形質発現の違いはこれらの植物種の表現型の多様性を示しているが,遺伝的多様性との対応 の解明が今後の課題である｡その手掛りとしてFRIおよびFLC遺伝子を用いた集団間解析(共同利用 研究報告, 982004を参照)をタネツケバナに適用する事が考えられる｡さらに,発育過程にプログラ ムされた形質発現を結ぶ表現型連関と,同時にそれに伴う遺伝子発現のプログラムを検討する事に よって集団および種分化における環境適応の機作が一層明確となるであろう｡以上の点を念頭に置い て今年度はこれまでの研究の取りまとめを行った｡      (石粟義雄) プラスミドを介した生物種の枠を超えた遺伝子の水平移動は,生物の進化に重要な役割を果たして いる｡細菌界で広宿主域の伝達性を示すプラスミドR388を用い,宿主域を決定している遺伝的要因を 提示するための第一段階として, 33kbのR388の全塩基配列の決定を行っている｡ (安価尚志,津田雅孝) 遺伝子の水平移動がP. syringae群細菌の病原型の分化に果たしている役割を解明するために,本群 菌のゲノム上に存在しているフアゼオロトキシン産生遺伝子群(argK-toxgenecluster)に薬剤耐性 遺伝子をマーカーとして挿入した誘導体を供与菌とし,各種の受容菌との接合実験をさまざまな条件 下で行い,本clusterの水平移動の検出を試みている｡また,異なる病原型株間でclusterの境界領域 を比較し,水平移動に関わる構造や遺伝子の探索を行っている｡    (津田宏之,津田雅孝) 〔客員研究分野〕 本研究部門では,植物の根に深く関わっている土壌伝染性の植物病原菌類,根系生息性の生物防除 要員となりうる有用菌類,および菌根菌の遺伝生態的側面を明らかにすることを当面の研究活動の目 標にして,病原性変異機構,病原性制御機構,植物への全身的な病害抵抗の誘導機構,および共生機 構の解析から研究を展開している｡主要な研究成果は以下の通りである｡ Rhi20CtOnia属菌には多数の種があり,その種内においても多くの菌糸融合群(anastomosisgroup : AG)にわかれ複雑な分類がなされている.パルスフィールドゲル電気泳動法(PFGE)によって, R. solaniの核型解析を行ったところ,分離できた染色体のバンド数は, AG4では1.1-3.4Mbpの間に6 -9本,またAGlのサブグループICでは1.2-3.2Mbpの間に7-10本認められた｡それらのバンド パターンは比較的類似しているものの, AGによっていくつかの特徴が見られた｡ AG4ではそのサブ グループ1Cでは,上部に3.2Mbp,3.OMbpの2本の特徴的なバンドが見られた｡また,R, solaniAG-1 solaniAG-1Cに属する菌株F-solaniAG-1の単胞子分離株についてもPFGEによって核型解析を行った｡その結果,単胞 子分離株間のバンドパターンは,親株とほとんど同じであった｡しかし,核型の違いが親子間あるい は,子株間の菌糸融合反応や培養形態と何らかの関係があるかどうかを調べたが,明確な関連は見ら れなかった｡

F. solaniの中には種々の作物を侵す土壌病原菌が含まれている｡また,宿主特異性があり,侵す作 物の種類によって分化型(f.sp.)に細分化されている｡本研究室ではインゲン根腐病を起こすF. solani f. sp.phaseoliの18SiDNA3′領域においてイントロン様配列(I-lとト2)の存在により菌株間に長 さの多型があることを既に明らかにした｡そこで本研究室では他の分化型に属する菌株の同領域にお けるイントロン様配列の存在を調べた｡その結果, F. S. f. sp. piperisとf. sp. batatasではf. sp. phaseoliと同様に,同一分化型内の菌株間においてイントロン様配列の存在が認められた.また,その 挿入パターンに多型があることも見つかった. F. S. f. sp. piperis MAFF236572ではF. S. f. sp. phaseoliのⅠ-1と同じ部位に, I-1と相同性の高いイントロン様配列(I-1pip)が挿入していた. Fs.

f. sp. robiniae SUF577とF. S. f. sp. batatas SUF1327では, F s.

sp.phaseoliのI-2と同じ位置にI-2と相同性の高いイントロン様配列(ト2rob, I-2bat)が挿入していた｡また, Fs.f.sp.xanthoxyli SUF XV-1とf. sp. xanthoxyli SUF VX123にはト2の5′末端側から360bpまでが相同性の高いイ

ントロン様配列(I-2 Xan)が挿入していた. F. S. f.sp.piperis MAFF236558にはF. S. f. sp.phaseoli

のⅠ-2と同じ位置にⅠ-2の5′末端側における12bpと同じ配列のⅠ-2pipが挿入していた｡グループⅠ

イントロンは5′側エキソンの3′末端塩基がT,イントロン3′末端塩基がGであり, 4つの保存領域

(P, Q, R, S)があるとされている｡ I-2類似配列にはこれら両方の特徴があり,グループIイントロ

ンであると予想された｡

植物生育促進菌類(plant growth promoting fungi : PGPF)を植物の根郡に処理すると,植物に

対して生育促進効果を示すばかりでなく発病抑制効果も示す｡この発病抑制効果は各種土壌病害に対 してばかりでなく地上病害にも見られた｡このことから,抑制効果の一つとして全身抵抗の誘導が示 された.本研究では, PGPFのPenicillium属菌GP17-2における誘導抵抗性発現のメカニズムを明ら かにすることを目的とした｡活性酸素は,植物細胞において異物に対する過敏感反応の始動シグナル として知られている｡この活性酸素は病原菌の感染やエリシター物質の処理によっても放出され,こ の放出の値が高いほど,高いエリシター活性を持つことが知られている｡そこでPenicillium GP17-2の培養ろ液をキュウリ果実に処理し,ルミノール発光により活性酸素の放出量を測定した｡この培養 ろ液は濃度によって活性が異なり,希釈されるごとに活性が低くなった｡このことから,培養ろ液の 活性は濃度に依存していると思われた｡また,培養ろ液の分画物を作成し,エリシター物質の同定を 試みた｡その結果,いずれの分画物においても活性が見られたが,特にタンパク質除去画分や,分子 量200万以上の糖質画分において高い活性が見られた｡一方,脂溶性画分では活性が低かった.次に, キュウリの歴軸部分を用いで植物組織のリグニン化を見たところすべての分画物でリグニン化が認め られた｡このリグニン化と活性酸素の放出量は抵抗性の発現に深く関係すると考えられた｡ シラカンパ実生に形成される外生菌根の種類や量は,宿主の有無や土壌条件の違いにより変化し,そ れぞれの環境下に適した菌根が優占して形成されることが明らかとなった｡また,実際に野外で実生 に優占している外生菌根が,実生の生育を促進し,さらに優占内生菌のMycelium yladicis atrom'rens (MRA)菌の生育阻害を緩和する効果があることが明らかとなった｡これらのことから,外生菌根菌 は,パイオニア樹種であるシラカンパの撹乱跡地への侵入･定着に際して,非常に重要な役割を担っ

2 研究業績等

(1)論文･著書の抄録

■ 遺伝子多様性研究部門

〔遺伝子環境応答研究分野〕

Horie, T., C. Schimek, J. Fukui, A. Miyazaki, H. Mihara, T. Tsuru, M. Koseki and T.Ootaki : Developmental stage-dependent response of Pilobolus c7yStallinus sporangiOphores to gravitative

and centrifugal stimulation. Mycoscience 39 : 463-470, 1998.

Gravitropic response of sporangiophores of Pilobolus cり,Stallinus was studied by successivemicroscopic

observation of the sporangiophores horizontally placed in the dark (red light) and by analysis of

sporangio-phore responses to centrifugal stimulation. Negative tropism against the gravitative and also cantrifugal

stimulation was found only in mature sporangiophores after development of sporangium and after the resumption of elongation beneath the fully-developed subsporangial vesicle, but there was no response in younger sporangiophores, implylng that the gravitative perception System Of the sporangiophores is dependent on their developmental stages.

片岡博尚:根の事典.根の研究会編.第2章1-d節 仮根の重力屈性と重力感受pp.5ト53 朝倉書店 (1998) ISBN4-254-4202ト8 官尊厚･高橋秀幸:根の事典.根の研究会編.第2章1-b節 根の重力屈性における重力感受一平衡 石説- pp.46-48 朝倉書店(1998) ISBN4-254-42021-8 官尊厚:●根の事典.根の研究会編.第2章2-a節 根の重力屈性と植物ホルモンpp.56-59 朝倉書店 (1998) ISBN4-254-42021-8 〔遺伝子機能制御研究分野〕

Kisaka, H･ and T.Kameya : Cold and salt tolerance of somatic hybrid calli between Barley

(Hordeum uulgwe L.) and Carrot (Daucus carota L.). Breeding Science 48 : ll-15, 1998.

Three somatic hybrid plants (no. 1, no. 2 and no. 3) Were obtained from fused plotoplasts between barley (Ho71deum uulgwe L.) and carrot (Daucus carota L) (Kisaka et al. 1997). They closely resembled carrot in

terms of morphology. In the present study, Cold and salt tolerance of the somatic hybrid calli which were induced from these somatic hybrid plants were investigated to know whether both tolerances were transferred.

No. 2 was more tolerant to cold than carrot and other somatic hybrids. Furthermore, NaCl and KCl tolerance

of no. 2 was as high as that of barley, while those of no. 3 Were intermediate between those of barley and carrot.

However, no. 1 was not to一erant to NaCl and KCl, as was carrot. Levels of betaine in no. 2 and no. 3 were

higher than that in carrot, and the levels of betaine were increased by treatment with NaCl, as in barley. The

calli induced from hybrid and their parents grew very well in medium supplemented with betaine, but the

betaine was not effective in reducing the inhibition of cell growth by NaCl. These results indicate that the

cold- and salt-tolerant trails might have been transferred from barley by photoplast fusion in the somatic

Kisaka, H., M. Kisaka, A. Kanno and T. Kameya : htergeneric somatic hybridization of rice

(0り′Za Saliva L.) and barley (Hordeum uulgare L.) by protoplast fusion. Plant Cell Reports 17 : 362-367, 1998.

An intergeneric somatic hybrid was obtained from fusion of protoplasts of rice and barley. Protoplasts

isolated from suspension cultures of rice cells were fused by electrofusion with protoplasts that had been

isolated from young barley leaves. Some of the resultant calli formed green spots and shoots. Only one shoot

formed roots, and it was subsequently successfully fransferred to soil in a greenhouse. Its morphology closely

resembled that of the parental rice plant. Cytological analysis indicated that the plant had both small

chromosomes from rice and large chromosomes from barley. Southern hybridization analysis with a

frag-ment of the t7ytOPhan B(t7pB) gene revealed both a rice一一specific band and barley-specific band. Mitochon-drial(mt) and chloroplast(￠) DNAs were also analyzed using the same method. The plant was shown to

contain novel mitochondrial and chloroplast sequence rearrangements that were not detected in either on the

parents.

Kisaka, H., M. Kisaka, HY. Lee and T. Kameya : Isolation of a CDNA for tryptophan synthase β from rice and studies of its expression in a 5-methyltryptophan-resistant mutant of rice. Plant Molecular Biology 38 : 875-878, 1998.

A CDNA clone encoding rice tryptophan synthase β (TSB) was isolated and its transcript level was

examined in TR-No. 73, a derivative of a previously isolated rice mutant (TR-1) that is resistant to 5-methyltryptophan. The CDNA sequence of the rice gene for TSB was very similar to that of genes for TSB from other plants. Northern blotting analysis revealed that the steady-state level of TSB mRNA in the 5MT-resistant mutant TR-No. 73 was 1.3 times higher than the level of TSB mRNA in control rice plants under standard conditions. The level of TSB mRNA in control rice plants decreased after treatment of plants with 5MT. Similarly, the level of the transcript in TR-No. 73 initially decreased, although less so than in control rice. However, after 12 h of treatment with 5MT, the level of the transcript in TR-No. 73 returned to the level under standard conditions. The activitiy of tryptophan synthase (TS) in seedlings of TR-No. 73 was about

2.3 times higher than that in seedlings of control rice under standard conditions.

Yoshida, R., T. Sato, A. Kanno and T. Kameya : Streptomycin mimics the cool temperature

response in rice plants. J. of Exp. Bot. 49 : 221-227, 1998.

Exogeneous application of streptomycin to etiolated seedlings of rice (07yZa Saliva L.) during growth in

darkness at moderate temperatures induced the same type of chlorosis as that elicited by cool temperatures.

A comparison of sensitive (Ihdica) and tolerant Japonica) cultivars indicated a close relationship between

sensivity to streptomycin and cool temperatures. Immunoblot (Rubisco LSU, SSU ; CFI complex of H+-ATPase ; NADPH-protochlorophyllide oxidoreductase) and Northern blot analyses of plastid-encoded genes

(16S rRNA ; rbcL ;ゆoB ; PetB) in the streptomycin-treated sensitive cultivars revealed that the normal

etioplast development was specifically inhibited by the antibiotic. Furthermore, the antiviotic did not affect

the expression ofmitochondrion-encoded genes (18S rRNA ; atPA) , which are also unaffected by cool

temper-atures. These results suggest that the effect of the antibiotic is quite similar to that of cool tempertemper-atures.

Kisaka, H., H. San° and T. Kameya : Characterization of transgenic rice plants that express y紗1, the gene for a small GTP-binding protein from rice. Theor. Appl. Genet. 97 : 810-815, 1998.

by electroporation･ Transformed protoplasts were cultured on liquid protoplast-culture medium for 1 month,

and then cells that had proliferated were transferred to a selection medium that contained 50 mg/1 hygromycin

B･ Among 50 Colonies that were selected and transferred to regeneration medium, 3 colonies generated shoots･ However, two of the three shoots failed to form roots and ceased growing･ A single regenerated

shoot that formed roots was planted in soil and transferred to a greenhouse. Southern hybridization showed

that the regenerated plant harbored a single copy of the introduced gene. The transformant (T｡) plant was

shorter than the controls, it developed three times as many tillers as control plants but it produced mostly sterile seeds･ In a test of hygromycin resistances, viable seeds segregated into resistant and sensitive seedlings

at a ratio of approximately 1 : 3･ The progeny (Tl) plants were short with many tillers, and some produced seeds normally･ The T2 Seedlings grew more rapidly than control seedlings for the first 28 days after germination, but control plants subsequently outgrew the T2 plants. Northern blotting analysis revealed that the ygpl gene in T2 plants was expressed consitutively throughout all developmental stages. The results -suggest that the observed phenotypic changes were due to expression of the exogenous T:gPl gene.

Kisaka, H･ and T･ Kameya : Fertile transgenic A頭aYlaguS plants produced by Ag710bacterium一

mediated transformation. Plant Biotechnology 15 : 177-181, 1998.

Transgenic plants of A砂a71aguS Obicinalis cv. Mary Washington 500 W were generated by Agy10bacter-ium一mediated transformation. After induction of Rowers by treatmentwith atrazine, calli were induced from

male and female plants. Calli of male and female origin were co-cultivated with Agrobacten'um EHAIOl

(pIG121Hm) and EHAIOl(pARK5), respectively. About thirty shoots developed from female calli and three

shoots developed from male calli within six weeks on selective medium supplement with 100 mg/1 kanamycin

and 500 mg/1 claforan. Most of the shoots did not form roots. Seven shoots from female calli formed roots and were succesfully transferred to soil in a greenhouse. But shoots of male calli did not form any roots.

Stable integration and inheritance of transgenes were demonstrated by molecular and genetic analysis of

transformation in the R｡ and Rl generations. h an analysis using the polymerase chain reaction (PCR), fragments of both the NPT II gene and the bar gene were amplified from five R. plant fragments. Southern analysis showed that both NPT II and bar probes hybridized to products pf PCR from five R. plants. One of

the丘ve Ro plants was crossed with a non-transgenic male plant. The segregation ratio of transformed to

non-transformed Rl plants was about 1 : 1. These results indicated that drug-resistant genes were transferred

to A砂aragus by Agrobacterium-madiated transformation.

Rim, HY" Y･0･ Lee, I.S. Nou, I.Y. Shim, T. Kameya, T. Saito and K.K. Rang : Iron accumulation in transgenic red pepper plants introduced Fpl gene encoding the iron storage protein. Plant Res. 1: 6-12, 1998.

The FPl gene, originally isolated from red pepper seedlings, encode the iron storage protein, and have a

high homology with ferritin genes at DNA and amino acid level. In order to determine ferritin protein expression in vegetable tissue, FPl gene was constructed in plant expression vector (PIG121 Hm) and introduced in red pepper (var. Bukang, Chungyang and Kalag-Kimjang 2)via Agy10bacterium tumefaciens mediated transformation. After selection on MS media containing kanamycin(Km), putatively selected transformants were confirmed by amplification of selectable marker gene (FPl and NPTII) by polymerase chain reaction. Northern blot showed that transclipts of Fpl gene were detected in mature leaves of the plants･ In A6, A7 and A8 and A14 0f transgenic plants, transcript of Fpl gene was increased seven-fold to eight- fold than other transgenic plants. Also the proteins obtained from leaves of transgenic plants were

immunologically detected by Western blot using rabbit anti-ferritin polyclonal antibody. The expression

protein appeared as strong band of apparent mass of 23.5 kDa, suggesting the iron accumulation in transgenic

庄司舜-:日本芝の生態.芝草の品種(浅野義人,青木孝一編).ソフトサイエンス社. 24-40頁, 1998. 第1章においてカゼクサ亜科シバ亜連を構成するシバ属植物のうち,自生種(広義の日本芝)を中心に, 1.シバ 属植物種と地理的分布, 2･シバ属植物の諸群集と生育立地, 3.シバおよびコウライシバ草原と遷移, 4.シバ属植 物に認められる塩生植物的特性, 5.シバ属植物個体群の構造的特徴,を担当し本属種の利用管理上の基礎となる生 態を概説した. 〔遺伝子適応生態研究分野〕 高橋秀幸:根の事典.根の研究会編.第2章編著.朝倉書店(1998). 438p. ISBN4-254-42021-8. 1.根の形態と発育 2.根の屈性と伸長方向 3.根系の形成 4.根の生育とコミュニケーション 5.根の遺伝的変異 6.根の土壌環境 7.根の栽培管理 8.根と根圏環境 9.根の生理作用と機能 10.根の研究方法

Takanami, T･, S･ Sato, T･ Ishihara, Ⅰ･ Katsura, H･ Takahashi and A. Higashitani :

Characteriza-tion of a Caenorhabditis elegans recAlike gene Ce-rdh-1 involved in meiotic recombinaCharacteriza-tion. DNA Research 5 : 373-377 (1998)

A recA-like gene was identified in the Caenorhabditis elegans genome project database. The putative

product of the gene, termed Cewdh-1 (C. elegans RAD51 and DMCl/LIM15 homolog 1), Consists of 357 amino acid residues･ The predicted amino acid sequence of Ce-rdh-1 showed 46-600/. identity to both RAD51 type and DMCl/LIM15 type genes in several eukaryote species. The results of RNAi (RNA-mediated

interference) indicated that repression of Ce-rdhll blocked chromosome condensation of six bivalents and dissociation of chiasmata in oocytes of Fl prOgeny･ The oogenesis did not proceed to the diakinesis stage. Accordingly, all the eggs produced (F2) died in early stages. These results suggest that the Ce-rdh-1

particlpateS in meiotic recombination.

Abe, K･, H･ Takahashi and H･ Suge: Gravimorphism in rice and barley : promotion of leaf

elongation by vertical inversion in agravitropically growing plants. Journal of Plant Research 111 : 523-530 (1998).

We have compared shoot responses of agravitropic rice and barley plants to vertical inversion with those of normal ones･ When rice plants were vertically inverted, the main stems of a japonica type of rice, cv.

Kamenoo･ showed negative gravitropism at nodes 2115 0f both elongated and non-elongated internodes. However･ shoots of lazy line of rice, lazy-Kamenoo, bent Era,vitropically at nodes ll115 Only elongated internodes but not at nodes 2-10 of non-elongated ones･ Thus, shoots of Kamenoo responded gravitropically at all stages of growth, whereas shoots of lazy-Kamenoo did not show gravitropic response before heading.

In Kamenoo plants, lengths of both leaトsheath and leaトblade were shortened by vertical inversion, but those

of the vertically inverted plants of lazy-Kamenoo were significantly longer than the plants in an upright

were obtained ; elongation of both leaf-sheath and leaf-blade was inhibited in normal barley plants･

Chikurin-IbaragiNo. 1, but significantly stimulated in agravitropic plants of seゆentina barley･ These results suggest

that vertical inversion of rice and barley plants enhances the elongation growth of leaves in the absence of

tropistic response.

suge, H., T･ Nishizawa, H･ Takahashl{ and K･ Takeda ･･ Inheritance of the first internode

elonga-tion due to deep-seeding and ethylene treatment in wheat･ Breeding Science 48 ‥ 15ト157 (1998) ･

It has been shown that deep-seeding and ethylene stimulate the elongation of the first internodes in wheat seedlings. In the present study, patterns of inheritance in the elongation of wheat first internodes and coleoptiles responding to deep-seeding and ethylene were examined using three crosses･ Length of the

coleoptile in F2 SegregantS Showed a simple unimodal distribution resembling a normal distribution both in deep-seeded and ethylene-treated plants･ Except in one cross, however, lepgth of the first internode in F2

segregants showed a unimodal distributions with large transgressive segregation on the shorter length side in deep-seeded plants and the longer side exceeding the length of parents'nrst internodes in ethylene-treated

plants. These results suggest that ability of plants to respond to ethylene, a regulatory factor for the elongation of the first internode in wheat, can be changed throughgenetic recombination･

Yamasaki, S., N. Konno and S･ Kishitani : An alteration in transcription patterns of

mitochon-drial genes in alloplasmic lines of B7tlSSica rapa･ Genes Genet･ Syst･ 73 ‥ 167-172 (1998).

The accumulation of transcripts of mitochondrial genes in young buds was examined in euplasmic and alloplasmic lines of Brassica rapa for the ･mur･ system of cytoplasmic male sterility (CMS) ･ Southern blotting analysis revealed the general absence of restriction fragment length polymorphism between Diplotaxis

muralis, the donor of cytoplasm, and each of three sterile alloplasmic lines･ indicating that the rearrangement

｡fmit｡chondrial DNA might not be caused by the nucleus of B. raPa. However, different Northern

hybridiza-tion patterns were detected when coxl and nad3 were used as probes･ Produchybridiza-tion of the 2･5-kb transcript of coxl and a reduction in levels of the transcript of nad3 in the sterile alloplasmic lines were clearly under the

control of the nucleus of B. raPa. No such differences in patterns of transcripts were detected in the leaves･ This observation suggests that some factor(S) or gene(S) in the nucleus of B･ rapa acts in an organ-specific

manner to alter the size of transcripts in the mitochondria of the donor cytoplasm without any structural

changes in the mitochondrial genome･ Further studies are required to clarify whether or not the unique transcripts in the young buds induce a CMS event･

■環境変動遺伝子生態研究部門

〔臨界環境遺伝生態研究分野〕

Hidema, J. and T. Kumagai : Cultivar differences in the sensitivity to UVB radiationinrice

(07γZa Saitua L.). Recent Research Development in Photochemistry & Photobiology, 1 ‥ 1651 177,1997.

A review article : Cultivar differences in resistance to the inhibitory effects of UVB radiation among Asian ecotypes and Japanese lowland and upland groups of rice･ Differences in the sensitivity to UVB radiation of two Japanese rice cultivars. Cyclobutyl pyrimidine dimer repair deficiencies in UVB sensitive rice. Genetic analysis of resistance to the inhibitory effects of UVB radiation･ Combined effects of elevated UvB and CO2 atmosphere on the growth, development, and yield of Japanese rice cultivars in a large

environment-controlled chamber and paddyfield. Conclusions.

Kang, H.S., ∫. Hidema and T. Kumagai : Effects of light environment during culture of

UV-induced cyclobutyl pyrimidine dimers and their photorepair in rice (073,Za Sativa L.). Photo-chemistry and Photobiology, 68 : 71-77, 1998.

We examined the effects of a light environment during culture of rice plants (07yZa Saliva) on the steady-state cycclobutyl pyrimidine diner (CPD) level, CPD induction by challenge UVB exposure and the ability to photorepair CPD. The steady-state CPD level in plants grown under visible radiation with supplemental UVB radiation in a growth chamber was several times higher than in plants grown without supplemental UVB radiation, whereas in outdoor-grown plants, it was not enhanced by supplemental UVB radiation. The

susceptibility to CPD induction by challenge UVB expouse was highest in dark一grown plants and decreased

with increaslng lrradiance of visible radiation at low and high levels and outdoors･ Chronic UVB radiation reduced the susceptibility to UV-induced CPD in plants grown both indoors and outdoors･ There was a significant negative correlation between CPD levels induced by challenge UVB exposure and the content of UV-absorbing compounds. The UV-induced CPD could be reduced by subsequent blue radiation in all samples except in dark-grown seedlings. The higher the irradiance of visible radiation in the culture, the greater the ability to photorepair CPD. Chronic UVB radiation did not increase the ability to photorepair CPD.

Hidema, J. and T. Kumagai : UVB-induced cyclobutyl pyrimidine dimer and photorepair with

progress of growth and leaf age in rice. Journal of Photochemistry and Photobiology B :

Biology, 43 : 121-127, 1998.

We have examined the susceptibility to cyclobutyl pyrimidine dimer (CPD) induction by UVB radiation,

the ability to photorepair cyclobutyl pyrimidine diners (CPDs), and the levels of ultraviolet (UV卜absorbing

compounds in various developing stages of leaves in UVB-resistant (Sasanishiki) and -sensitive (Norin 1) rices (07yZa Satiua L). UVB produces more CPDs in the second, third and fourth fully expanded leaves than in the hfth and sixth fully expanded leaves. In leaves in which the levels of UV-absorbing compounds are lower, more CPDs are produced. The ability to photorepair CPDs in fully expanded leaves of different stages of each

cultivar remains approximately constant, although the photorepair capacity in the fourth leaf rapidly increases

from leaf emergence untill full expansion. The photorepalr CapaClty is lower in Norin 1 than that in SasanishikHn all the leaf stages or different aged leaves. These results therefore suggest that rice plants could be more susceptible to CPD induction at the stage when the second, third or fourth leaves are developing, and UVB sensitivity correlates with low CPD photorepair.

Kihara, J., A. Sato and T. Kumagai : Inheritance of photoICOntrOl of conididal development in

the fungus Bipolaris o7yZae. Mycoscience, 39 : 89-91, 1998.

The inheritance of light dependence for conidial development in Bipolan's oりZae Was analized using

single-ascospore isolates. When a photo-induced strain was crossed with another-photo-induced strain, only photo

-induced progeny were produced. When a photo-induced strain was crossed with a non-photo-induced (Ⅰ)

strain, photo-induced and non-photo-induced (I) progeny were p,roduced in a ratio of 1 : 1. However, when a

photo-induced strain was crossed with a non-photo-induced (ⅠⅠ) strain, a non-photo-induced (I) progeny were

formed in addition to parental types. It was suggested that genes for photo-control of conidiophore induction and genes for photo-control of conidiophore maturation are located on the same chromosome･

熱帯から亜熱帯にかけて栽培されてきたインド型イネ品種には日本型イネ品種に比較して休眠が深い品種が多 い.これまでの研究報告に基づいて,栽培イネにおける休眠および発芽の変異に関わる機構について概説した. 1.植物種子の休眠 2.栽培イネの種子の休眠 3.イネ種子における休眠･発芽 4.櫛殻の除去と発芽 5.日本型イネにおける除穎処理による発芽阻害の原因 6.割皮処理がイネ種子発芽に及ぼす影響 遺伝. 52: 74-79. 佐藤雅志: 5章.根の遺伝的変異. 3.根の遺伝的変異とその利用. ｢イネの根系形態の生態型間差｣,お よび7章.根と栽培管理. 1.栽培方法と根. ｢焼畑農業｣を担当し関係している報告に基づいて概説し た.根の事典.根の事典編集委員会編.朝倉書店.東京. 〔地圏環境遺伝生態研究分野〕 南洋 究:土壌微生物間の遺伝子伝達 新･土の微生物(3)-遺伝子と土壌微生物pp･57-82博友社, 1998. (ISBN4-8268-0176-9) 細菌の遺伝子伝達に関わる遺伝因子,伝達機構を概説した後,実際の土壌中における遺伝子伝達についてレビュー を試みた. 第3章 土壌微生物間の遺伝子伝達 3-1 はじめに 3-2 微生物の可動遺伝因子によるダイナミズム (1)トランスポゾンとは (2)細菌のトランスポゾンの種類 3-3 土壌細菌間における遺伝子伝達 (1)接合伝達 1)伝達性プラスミド 2)接合トランスポゾン 3)土壌環境における接合伝達 (2)形質転換 (3)形質導入 (4)病原･共生遺伝子の遺伝子伝達一病原アイランドと共生アイランド 3-4 土壌微生物の環境適応･進化と遺伝子伝達 3-5 組換え微生物の挙動 (1)組換え微生物の野外利用と安全性 (2)組換え微生物からの遺伝子の伝播 三井久幸:土壌環境と微生物の遺伝子発現の調節 新･土の微生物(3)一遺伝子と土壌微生物pp. 83-119博友社, 1998. (ISBN4-8268-0176-9) 低栄養環境･培養困難な微生物の存在などの土壌微生物の特徴や環境を視野に入れ,転写調節因子であるシグマ 因子を中心に,微生物の遺伝子発現の解説を行った. 第4章 土壌環境と微生物の遺伝子発現の調節 4-1土壌環境と細菌 (1)土壌の特性

(2)低栄養環境としての土壌 4-2 土壌中における遺伝子発現のモデル系としての大腸菌の定常期 (1)増殖期と定常期 (2)定常期の大腸菌の特徴 (3)遺伝子の発現調節 4-3 細菌の遺伝子発現機構の基本 (1)細菌遺伝子の構造 (2)遺伝子の転写の仕組み (3)シグマ因子に対応したプロモーターのグループ分け 4-4 定常期における遺伝子発現の調節 (1)定常期主要シグマ因子の機能 (2) シグマ38の機能の調節 (3)定常期の転写系 4-5 細菌の土壌環境への適応 (1)環境ストレスに適応した土壌細菌の姿 (2) ｢生きているが培養できない｣状態

Minamisawa, K. and T. Isawa : Diversity of soybean bradyrhizobia in Japan. In Diversity and

Use of Agricultual Microorganisms. Published by Reserach Council Secretariat of MAFF and

National Institute of Agrobiological Resources, Tsukuba, pp. 45-55, 1999. (ISBN4-9900110-0-7)

Soybean bradyrhizobia are slow-growing, gram-negative bacteria which form root nodules on soybeans

and丘x atmospheric nitrogen. When 213 isolates of soybean bradyrhizobia indigenous to 6丘eld sites in Japan were characterized by using four mjDK-, hupLS-, RSα- and RSP-specific hybridization probes of B. jaPonicum, the RSα- and RSβ-fingerprints revealed significant genetic diversity within thefield populations of

Bradyrhizobium japonicum. Dominance and endemism in the RS-specific hybridization profiles were also

observed, which depended on individualfield site. During the survey, some 21 isolates showed a numerous number of the hybridization bands, which were designated HRS strains. Genetic and phenotypical analyses suggests that HRS strains are derived from normal strain of Bradyrhizobium japonicum in individualfields by

genome rearrangements, which may be mediated by insertion sequences. 1) Introduction

2) Intensive one-site survey of genotypic and phenotypic diversity of soybean bradyrhizobia

3) Genotypic and phenotypic diversity of soybean bradyrhizobia from six soil population

4) New Bradyrhizobium HRS strains that possess highcopy numbers of repeated sequence RSa and RSP

5) Soybean bradyrhizobia as members of oligotrophic bacteria in soil.

6) Conclusion

Minamisawa, K., T. Isawa, Y. Nakatsuka and N. Ichkawa : New Byladyrhizobium japonicum

strains that possess high copy numbers of repeated sequence RSα. Appl, Environ. Microbiol. 65 : 1845-1851, 1998.

In a survey of DNAfingerprints of indigenous Bradyrhizobtum japonicum with species-specific repeated sequences, RSa and RSP, 21 isolates from three field sites showed a numerous number of hybridization bands

with the repeated sequences, RSα and RSβ. The isolates were designated HRS (Highly Reiterated

Sequence-possessing) isolates and their DNA hybridization profiles were easily distinguished from the normalpatterns. Some HRS isolates from two field sites possessed extremely highnumbers of RSa copies that ranged from 86 to 175 (average, 128) and showed shifts and duplications of mf and hub-specific hybridization bands. The HRS isolates exhibited slower growth than normal isolates, although no difference in symbiotic properties was