植物の形質転換メカニズム(アグロバクテリウム法)
植物の細胞へ遺伝子組換えを行う方法は様々ありますが、主に使用されているのはアグロバクテリウム法やボンバーメント法かと思います。今回は主にアグロバクテリウム法についてお話しようと思います。
土壌菌であるAgrobacterium tumefaciensはもともと樹木の瘤(コブ)を誘発させる病原菌です。コブ発生のメカニズムは、アグロバクテリウム菌が植物に感染すると、菌内に保持するプラスミド内の「T-DNA領域」を植物DNAに組み込みます。T-DNA領域には植物ホルモンを誘導遺伝子がコードされているため、植物細胞が過剰増殖して瘤状の組織を形成します。
植物形質転換におけるアグロバクテリウム法では、このT-DNA領域の有害遺伝子を取り除き、導入したい遺伝子を乗せたプラスミドをアグロバクテリウムに導入し、植物に感染させることで、遺伝子を導入します。このように書くと簡単な反応に見えますが、実際には植物種や導入遺伝子、アグロ菌株などで細かな条件検討が必要です。その中でも、アグロバクテリウム菌液への「アセトシリンゴンの添加」はとても重要です。感染させるアグロバクテリウムを遺伝子を導入する”スタンバイ状態”にする必要があり、フェノール物質である「アセトシリンゴン」を添加することで、これが可能です。
アセトシリンゴンの酸化還元状態が大腸菌の遺伝子発現を変化させた。
アグロバクテリウム法に必須のアセトシリンゴンですが、自然界でも様々な微生物に影響を及ぼします。自然界ではアセトシリンゴンは植物の根から放出されます。大腸菌での試験では、「酸化アセトシリンゴン」の添加は大腸菌の酸化遺伝子発現に影響を及ぼして生育を変化させました。
Redox active plant phenolic, acetosyringone, for electrogenetic signaling
上記リンクの論文では、アセトシリンゴン溶液に電流を流し、酸化させたアセトシリンゴンを大腸菌に添加すると、大腸菌の生育が抑制されました。更に解析すると、酸化アセトシリンゴンの添加は大腸菌の酸化還元遺伝子の発現を変化させていました。これにより、大腸菌内の活性酸素合成量が変化します。活性酸素は様々な生物におけるシグナル物質であり、多様な生理活性を制御します。今回の結果は活性酸素がトリガーになっている遺伝子を「酸化・還元アセトシリンゴン」の添加により制御できる可能性を示唆していると思います。
アグロバクテリウムの酸化還元スイッチが遺伝子導入に影響を与えるかも？
一部の植物形質転換プロトコルでは、形質転換に使用するアグロバクテリウム菌液に対し、アセトシリンゴンに加えて「還元剤」(メルカプトエタノールなど)を入れるプロトコルが散見されます。私は感染させる植物組織のダメージを抑制するために入れていると考えていましたが、今回の論文でアグロバクテリウム側への影響もあるのではないでしょうか。還元剤の添加はアセトシリンゴンとともにアグロバクテリウムの遺伝子発現を制御し、植物への遺伝子導入効率を変化させる可能性があります。
還元剤の添加の有無でも改善・改良できる可能性があるので、特に還元剤の添加が推奨されていない植物においても試験する価値があるのではないでしょうか。
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