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Study of molecular mechanisms involved in fructan metabolism in onion bulbs

Research Project

Project/Area Number 17H03760
Research Category

Grant-in-Aid for Scientific Research (B)

Allocation TypeSingle-year Grants
Section一般
Research Field Horticultural science
Research InstitutionHokkaido University

Principal Investigator

Shimura Hanako  北海道大学, 農学研究院, 講師 (20507230)

Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) 上野 敬司  酪農学園大学, 農食環境学群, 准教授 (90441964)
前田 智雄  弘前大学, 農学生命科学部, 教授 (90530478)
Project Period (FY) 2017-04-01 – 2020-03-31
Project Status Completed (Fiscal Year 2020)
Budget Amount *help
¥18,720,000 (Direct Cost: ¥14,400,000、Indirect Cost: ¥4,320,000)
Fiscal Year 2019: ¥3,770,000 (Direct Cost: ¥2,900,000、Indirect Cost: ¥870,000)
Fiscal Year 2018: ¥4,940,000 (Direct Cost: ¥3,800,000、Indirect Cost: ¥1,140,000)
Fiscal Year 2017: ¥10,010,000 (Direct Cost: ¥7,700,000、Indirect Cost: ¥2,310,000)
Keywordsタマネギ / フルクトオリゴ糖 / フルクタン分解酵素 / フルクタン / 糖質加水分解酵素 / 糖代謝 / 園芸学
Outline of Final Research Achievements

This study aimed to elucidate molecular mechanisms involved in the differences of fructan accumulation in the harvested bulbs in two onion cultivars. From planting to harvest, the fructan contents of bulbs and leaf blades and the enzyme activities related to fructan metabolism were examined. We found that the difference in enzymatic activities of fructan hydrolase (FEH), not fructosyltransferases, and sucrose accumulation before bulb enlargement would be related to the levels of fructan accumulation in the bulb. There have been no reports of the FEH gene in onion, but in this study, we successfully identified a FEH showing 6G & 1-FEH activity. All fructan hydrolases known in plants showed amino acid similarity to cell-wall invertases, but we identified a FEH that is homologous to vacuolar invertases for the first time. In this study, we experimentally demonstrated that the enzymes involved in fructan synthesis and degradation are actually localized in the vacuole.

Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements

今までに植物で同定されたフルクタン合成酵素は、液胞型インベルターゼとのアミノ酸相同性を示すことから液胞に局在すると考えられてきた。一方、フルクタン加水分解酵素はすべて細胞壁型インベルターゼに相同性を示し、フルクタン代謝酵素の細胞内局在については議論が続いていた。本研究では、液胞型インベルターゼとの相同性を示すフルクタン加水分解酵素を植物で初めて同定した。また、これまでフルクタン代謝酵素の細胞内局在を示す研究例はなかったが、本研究では、フルクタン合成および分解に関わる酵素がどちらも液胞に局在することを実験的に証明することができた。

Report

(4 results)
  • 2020 Final Research Report ( PDF )
  • 2019 Annual Research Report
  • 2018 Annual Research Report
  • 2017 Annual Research Report
  • Research Products

    (14 results)

All 2021 2019 2018 2017

All Journal Article (4 results) (of which Peer Reviewed: 4 results) Presentation (10 results)

  • [Journal Article] Sugar accumulation and activities of enzymes involved in fructan dynamics from seedling to bulb formation in onion (Allium cepa L.)2019

    • Author(s)
      Oku S, Ueno K, Tsuruta Y, Jitsuyama Y, Suzuki T, Onodera S, Maeda T, Shimura H
    • Journal Title

      Scientia Horticulturae

      Volume: 247 Pages: 147-155

    • DOI

      10.1016/j.scienta.2018.12.013

    • Related Report
      2018 Annual Research Report
    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Purification, characterization, and functional analysis of a novel 6G&1-FEH mainly hydrolyzing neokestose from asparagus.2018

    • Author(s)
      Ueno K, Sonoda T, Yoshida M, Shiomi N, Onodera S.
    • Journal Title

      Journal of Experimental Botany

      Volume: 69 Issue: 18 Pages: 4295-4308

    • DOI

      10.1093/jxb/ery234

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      2018 Annual Research Report
    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] 青森県におけるタマネギ春まき作型に適した品種評価2018

    • Author(s)
      奥聡史, 前田智雄, 平川直人, 平野里美, 佐々木雄輝, 村木美保, Wambrauw Daniel Zadrak, 小山内祥代, 本多和茂, 鈴木卓, 山崎篤
    • Journal Title

      園芸学研究

      Volume: 印刷中

    • NAID

      130007494042

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  • [Journal Article] Analysis of varietal differences in the fructo-oligosaccharide accumulation profile among onion (Allium cepa L.) cultivars grown by spring-sown cultivation.2017

    • Author(s)
      Maeda T, Watanabe A, Wambrauw DZ, Osanai S, Honda K, Oku S, Shimura H, Suzuki T, Yamasaki A, Okabe Y, Ueno K, Onodera S.
    • Journal Title

      The Horticulture Journal

      Volume: 86 Pages: 501-510

    • NAID

      130006181405

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      四月朔日新, 上野敬司, 吉田みどり, 園田高広, 小野寺秀一
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      園芸学会平成30年度春季大会
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      奥聡史, 志村華子, 前田智雄, 実山豊, 鈴木卓
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      奥聡史, 志村華子, 鶴田遊, 上野敬司, 小野寺秀一, 前田智雄, 実山豊, 鈴木卓
    • Organizer
      平成29年度北海道園芸研究談話会研究発表会
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      上野敬司, 大嶋智美, 米田麻衣子, 塩見徳夫, 小野寺秀一
    • Organizer
      日本応用糖質科学会平成29年度大会(第66回)
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      2017 Annual Research Report

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Published: 2017-04-28   Modified: 2022-01-27  

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