米澱粉の分子構造と物性を制御するメカニズムの解明

• Project/Area Number: 18J40020
• Research Category: Grant-in-Aid for JSPS Fellows
• Allocation Type: Single-year Grants
• Section: 国内
• Research Field: Applied molecular and cellular biology
• Research Institution: Akita Prefectural University
• Principal Investigator: クロフツ 尚子 秋田県立大学, 生物資源科学部, 特別研究員(RPD) (30583330)
• Project Period (FY): 2018-07-01 – 2022-03-31
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2021)
• Budget Amount: ¥4,160,000 (Direct Cost: ¥3,200,000、Indirect Cost: ¥960,000); Fiscal Year 2021: ¥130,000 (Direct Cost: ¥100,000、Indirect Cost: ¥30,000); Fiscal Year 2020: ¥1,300,000 (Direct Cost: ¥1,000,000、Indirect Cost: ¥300,000); Fiscal Year 2019: ¥1,300,000 (Direct Cost: ¥1,000,000、Indirect Cost: ¥300,000); Fiscal Year 2018: ¥1,430,000 (Direct Cost: ¥1,100,000、Indirect Cost: ¥330,000)
• Keywords: イネ / モチ米 / スターチシンターゼ / GBSSI / SSIIa / アミロース / アミロペクチン / 糯 / 糊化温度 / 物性 / 澱粉 / 酵素間相互作用 / 複合体

Outline of Annual Research Achievements

炊飯米の食感や調理・利用特性は、澱粉の構成成分であるアミロースの割合やアミロペクチンの分岐鎖の長さに大きな影響を受ける。用途に応じて求められる澱粉の特性は多様であるが、澱粉の分子構造や物性を制御するメカニズムの詳細は不明である。本研究では、アミロペクチンの分岐鎖の長短や糊化温度を制御するStarch synthase IIa (SSIIa) と、アミロース含量を制御するGranule-bound starch synthase I (GBSSI) の強弱や有無が異なる組合せの新規イネ変異体を用いて、澱粉生合成関連酵素の酵素間相互作用と澱粉構造や物性の関係を明確にすることを最終目標として、（1）登熟種子から抽出した可溶性タンパク質に含まれる澱粉生合成関連酵素複合体の分子量や構成の変化を明らかにし、（2）完熟種子のアミロペクチンの分岐構造およびアミロース含量の測定、（3）澱粉の物性測定を行った。

平成30年度はSS2aが高活性型・低活性型・欠失型でGBSS1が低発現型のイネ系統の澱粉特性および澱粉生合成関連酵素複合体の形成を明らかにした。
平成31年度（令和元年度）は、SS2aが高活性型・低活性型でGBSS1が欠失したモチ米系統を用いて、餅の粘弾性や硬化速度を測定するための条件（餅を作る際の加水量・冷却時間・粘弾性測定条件）を確立した。
令和2年度はSS2aが高活性型・低活性型・欠失型でGBSS1が高発現型である3種類 のBC3F2世代を単離した。
令和3年度は、SS2aが高活性型・低活性型・欠失型でありGBSS1が欠失した3種類のモチ系統を使って餅を作成し、令和元年度に確立した手法を用いて、粘弾性や硬化速度などの物性を比較した。その結果、SSIIaが欠失した餅は、低温で保存しても軟らかさが維持されることが明らかになった。

Research Progress Status

令和3年度が最終年度であるため、記入しない。

Strategy for Future Research Activity

令和3年度が最終年度であるため、記入しない。

Research Products

• [Journal Article] Starch Biosynthetic Protein Complex Formation in Rice <i>ss2a be2b (</i>+<i>)</i> Double Mutant Differs from Their Parental Single Mutants (2022)
  • Author(s): Ida Tamami、Crofts Naoko、Miura Satoko、Matsushima Ryo、Fujita Naoko
  • Journal Title: Journal of Applied Glycoscience Volume: 69 Issue: 2 Pages: 23-33
  • DOI: 10.5458/jag.jag.JAG-2021_0015
  • ISSN: 1344-7882, 1880-7291
  • Year and Date: 2022-05-25
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Active-type starch synthase (SS) IIa from indica rice partially complements the sugary-1 phenotype in japonica rice endosperm. (2022)
  • Author(s): Crofts N, Satoh Y, Miura S, Hosaka Y, Abe M, Fujita N
  • Journal Title: Plant Molecular Biology Volume: 108 Issue: 4-5 Pages: 325-342
  • DOI: 10.1007/s11103-021-01161-9
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Starch synthase IIa and GBSSI control starch structure but do not determin starch granule morphology in the absence of SSIIIa and SSIVb. (2022)
  • Author(s): Crofts N, Domon A, Miura S, Hosaka Y, Oitome NF, Itoh A, Noge K, Fujita N
  • Journal Title: Plant Molecular Biology Volume: 108 Issue: 4-5 Pages: 379-398
  • DOI: 10.1007/s11103-021-01197-x
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Structure and Properties of Starch in Rice Double Mutants Lacking Starch Synthase (SS) IIa and Starch Branching Enzyme (BE) IIb (2021)
  • Author(s): Tamami Ida, Naoko Crofts, Satoko Miura, Ryo Matsushima, Naoko Fujita
  • Journal Title: Journal of Applied Glycoscience Volume: 68 Issue: 2 Pages: 31-39
  • DOI: 10.5458/jag.jag.JAG-2021_0002
  • NAID: 130008050916
  • ISSN: 1344-7882, 1880-7291
  • Year and Date: 2021-06-11
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Generation and starch characterization of non-transgenic BEI and BEIIb double mutant rice (Oryza sativa) with ultra-high level of resistant starch. (2021)
  • Author(s): Satoko Miura, Nana Koyama, Naoko Crofts, Yuko Hosaka, Misato Abe, Naoko Fujita
  • Journal Title: Rice Volume: 14 Issue: 1 Pages: 3-3
  • DOI: 10.1186/s12284-020-00441-0
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] 米の澱粉構造制御機構の解明に向けて：澱粉生合成過程で形成される酵素 複合体の解明 (2020)
  • Author(s): クロフツ尚子
  • Journal Title: 応用糖質科学 Volume: 10 Pages: 29-35
• [Journal Article] Three Major Nucleotide Polymorphisms in the <i>Waxy</i> Gene Correlated with the Amounts of Extra-long Chains of Amylopectin in Rice Cultivars with S or L-type Amylopectin (2019)
  • Author(s): Crofts Naoko、Itoh Ayaka、Abe Misato、Miura Satoko、Oitome Naoko F.、Bao Jinsong、Fujita Naoko
  • Journal Title: Journal of Applied Glycoscience Volume: 66 Issue: 1 Pages: 37-46
  • DOI: 10.5458/jag.jag.JAG-2018_005
  • NAID: 130007602674
  • ISSN: 1344-7882, 1880-7291
  • Year and Date: 2019-02-20
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] 変異体米を用いたイネ澱粉生合成関連酵素の酵素複合体の解析 (2019)
  • Author(s): クロフツ尚子, 三浦聡子, 林真里, 阿部奈津子, 飯塚悠莉子, 追留那緒子, 藤田直子
  • Journal Title: 応用糖質科学 Volume: 9 Pages: 76-82
• [Journal Article] 分子マーカーを用いたイネ品種育成と品種鑑定 (2019)
  • Author(s): 藤田直子, 三浦聡子, クロフツ尚子, 中村保典
  • Journal Title: 秋田県立大学ウェブジャーナルB Volume: 6 Pages: 58-62
  • NAID: 120006734009
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] 変異体米を用いたイネ澱粉生合成関連酵素の酵素複合体の解析 (2019)
  • Author(s): 1)クロフツ尚子, 三浦聡子, 林真里, 阿部奈津子, 飯塚悠莉子, 追留那緒子, 藤田直子
  • Journal Title: 応用糖質科学 Volume: 印刷中
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Starch Synthase IIa-Deficient Mutant Rice Line Produces Endosperm Starch With Lower Gelatinization Temperature Than Japonica Rice Cultivars (2018)
  • Author(s): Miura Satoko、Crofts Naoko、Saito Yuhi、Hosaka Yuko、Oitome Naoko F.、Watanabe Toshiyuki、Kumamaru Toshihiro、Fujita Naoko
  • Journal Title: Frontiers in Plant Science Volume: 9 Pages: 645-645
  • DOI: 10.3389/fpls.2018.00645
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Presentation] スターチシンターゼ（SS）IIa と枝作り酵素（BE）IIb の活性が無い二重変異体米の澱粉構造と特性 (2021)
  • Author(s): 井田圭美, クロフツ尚子, 三浦聡子, 保坂優子, 松島良, 藤田直子
  • Organizer: 第12回 日本応用糖質科学会東北支部会
• [Presentation] スターチシンターゼ (SS) 欠失イネ変異体の登熟種子におけるADP-glucose (ADPG) の定量 (2021)
  • Author(s): クロフツ尚子, 土門安沙香, 三浦聡子, 保坂優子, 追留那緒子, 野下浩二, 藤田直子
  • Organizer: 第70回 日本応用糖質科学会
• [Presentation] スターチシンターゼ（SS）IIa と枝作り酵素（BE）IIb の二重変異体米が登熟胚乳で形成する澱粉生合成関連酵素の超高分子量タンパク質複合体の解析 (2021)
  • Author(s): 井田圭美, クロフツ尚子, 三浦聡子, 保坂優子, 松島良, 藤田直子
  • Organizer: 第70回 日本応用糖質科学会
• [Presentation] High levels of two major starch synthases (SSIIa and GBSSI) in ss3a ss4b double mutant alter structure of starch, but do not recover from spherical starch granule morphology. (2021)
  • Author(s): Naoko Crofts, Asaka Domon, Satoko Miura, Yuko Hosaka, Naoko F. Oitome, Koji Noge, Naoko Fujita
  • Organizer: Starch Round Table 2021
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] 澱粉生合成過程で形成される酵素複合体の研究 (2021)
  • Author(s): クロフツ尚子, 井田圭美, 飯塚悠莉子, 三浦聡子, 林真里, 阿部奈津子, 追留那緒子, 藤田直子
  • Organizer: 第61回澱粉研究懇談会
  • Invited
• [Presentation] 枝作り酵素 (BE) IIb変異体にインディカ米由来の遺伝子を導入した#1203系統の戻し交配による農業形質の向上と胚乳澱粉の特性解析 (2021)
  • Author(s): 〇三浦聡子，成田真衣子，伊藤優季，クロフツ尚子，保坂優子，追留那緒子，阿部美里，藤田直子
  • Organizer: 2021年 日本農芸化学会
• [Presentation] イネ栄養器官で 発現する澱粉粒結合型澱粉合成酵素 (GBSS) IIの機能解析 (2021)
  • Author(s): 〇森田隆太郎, 高橋陽希, 三浦聡子, クロフツ尚子, 深山浩, 青木直大, 藤田直子
  • Organizer: 第251回 日本作物学会
• [Presentation] SSアイソザイムの強弱有無が異なるモチ変異体の澱粉構造，尿素溶解性と物性の関係 (2020)
  • Author(s): 〇クロフツ尚子, 長島桃香, 石川匡子, 藤田直子
  • Organizer: 第69回 日本応用糖質科学会
• [Presentation] イネの栄養器官で発現する澱粉粒結合型スターチシンターゼ (GBSS) IIの機能解析 (2020)
  • Author(s): 〇髙橋陽希, 森田隆太郎, 三浦 聡子, クロフツ尚子, 青木直大, 深山浩, 藤田 直子
  • Organizer: 第69回 日本応用糖質科学会
• [Presentation] イネ枝作り酵素 (BE) 二重変異が及ぼす胚乳と葉鞘の澱粉構造の違い (2020)
  • Author(s): 〇三浦聡子, クロフツ尚子, 森田隆太郎, 保坂優子, 追留那緒子, 阿部美里, 藤田直子
  • Organizer: 第69回 日本応用糖質科学会
• [Presentation] スターチシンターゼ（SS）IIaと枝作り酵素 (BE) IIbの二重変異体米の澱粉構造とその性質 (2020)
  • Author(s): 〇井田圭美, クロフツ尚子, 三浦聡子, 保坂優子, 松島良, 藤田直子
  • Organizer: 第69回 日本応用糖質科学会
• [Presentation] 高レジスタント スターチ (RS) 米「まんぷくすらり」の澱粉特性とその応用利用 (2020)
  • Author(s): 〇藤田直子, クロフツ尚子, 三浦聡子, 保坂優子, 追留那緒子, 小野雅美, 中村保典
  • Organizer: 第69回 日本応用糖質科学会
• [Presentation] “スターチシンターゼ(SS)IIaと枝作り酵素 (BE) IIbの二重変異体米が登熟胚乳で形成する澱粉生合成関連酵素の超高分子量タンパク質複合体の解析 (2020)
  • Author(s): 〇井田圭美, クロフツ尚子, 三浦聡子, 保坂優子, 松島良, 藤田直子
  • Organizer: 第138回 日本育種学会
• [Presentation] イネの枝作り酵素 (BE) の３酵素のうち2つを欠損させた時の種子形態、稔実率及び澱粉構造への影響 (2020)
  • Author(s): 〇三浦聡子, クロフツ尚子, 森田隆太郎, 保坂優子, 追留那緒子, 中泉裕子, 阿部美里, 藤田直子
  • Organizer: 第138回 日本育種学会
• [Presentation] 高レジスタントスターチ (RS) 米「まんぷくすらり」の特徴とその応用利用 (2020)
  • Author(s): ◯藤田直子, クロフツ尚子, 三浦聡子, 保坂優子, 追留那緒子, 川本朋彦, 加藤和直, 髙橋竜一, 髙橋 里矢子, 小野雅美, 中村保典
  • Organizer: 第138回 日本育種学会
• [Presentation] スターチシンターゼ (SS) IIIa /枝作り酵素 (BE) IIb二重変異体にインディカ米由来の遺伝子を導入した#1206系統の戻し交配による農業形質の向上と胚乳澱粉の特性解析 (2020)
  • Author(s): 〇三浦聡子, 成田真衣子, 伊藤優季, クロフツ尚子, 保坂優子, 追留那緒子, 阿部美里, 藤田直子
  • Organizer: 第15回東北育種研究集会
• [Presentation] インディカ米由来のスターチシンターゼ (SS) IIaはsugary-1形質の一部を補う (2020)
  • Author(s): 藤田直子, 佐藤芳樹, 三浦聡子, 保坂優子, 阿部美里, クロフツ尚子
  • Organizer: 第137回 日本育種学会
• [Presentation] 枝作り酵素 (BE) IとIIbが 欠損した二重変異体米の胚乳澱粉とレジスタントスターチ (RS) の特性 (2020)
  • Author(s): 三浦聡子, 幸山奈那, クロフツ尚子, 保坂優子, 阿部美里, 藤田直子
  • Organizer: 第137回 日本育種学会
• [Presentation] Waxy遺伝子の三カ所の塩基置換がイネ胚乳のアミロペクチン超長鎖含量に関係する (2019)
  • Author(s): クロフツ尚子
  • Organizer: 第11回 日本応用糖質科学会東北支部会 奨励賞受賞講演
  • Invited
• [Presentation] 難消化性澱粉(RS)を多く含む 「ちくし粉85号」の胚乳澱粉及び澱粉生合成関連酵素の解析 (2019)
  • Author(s): 三浦聡子, クロフツ尚子, 保坂優子, 松島良, 和田卓也, 藤田直子
  • Organizer: 第11回 日本応用糖質科学会東北支部会
• [Presentation] スターチシンターゼ (SS) アイソザイムの欠損, 発現の強弱と澱粉粒形態の関係 (2019)
  • Author(s): 藤田直子, 土門安沙香, 保坂優子, 追留那緒子, 三浦聡子, クロフツ尚子
  • Organizer: 第68回 日本応用糖質科学会
• [Presentation] インディカ米由来のスターチシンターゼIIa (SSIIa) と澱粉粒結合型スターチシンターゼ (GBSSI) はジャポニカ米由来のIsoamylase I欠失変異体 (isa1) の澱粉粒形質を一部回復する (2019)
  • Author(s): クロフツ尚子, 佐藤芳樹, 三浦聡子, 藤田直子
  • Organizer: 第68回 日本応用糖質科学会
• [Presentation] イネ栄養器官で特異的に発現するスター地シンターゼ (SS) IIIbの機能解析 (2019)
  • Author(s): 森田隆太郎, 三浦聡子, クロフツ尚子, 青木直大, 深山浩, 藤田直子
  • Organizer: 第68回 日本応用糖質科学会
• [Presentation] 難消化性澱粉を多く含み, 澱粉構造が異なる5つの枝作り酵素 (BE) IIb変異体米の解析 (2019)
  • Author(s): 三浦聡子, 菊池佳奈, クロフツ尚子, 保坂優子, 阿部美里, 松島良, 藤田直子
  • Organizer: 第68回 日本応用糖質科学会
• [Presentation] 難消化性澱粉を保有するイネ澱粉構造変異系統の胚乳特性解析 (2019)
  • Author(s): 和田卓也, 松島良, 藤田直子, 三浦聡子, クロフツ尚子, 保坂優子, 永松志郎, 熊丸敏博
  • Organizer: 第68回 日本応用糖質科学会
• [Presentation] 米の澱粉構造制御機構の解明に向けて：澱粉生合成過程で形成される酵素複合体の解明 (2019)
  • Author(s): クロフツ尚子
  • Organizer: 第68回 日本応用糖質科学会 奨励賞受賞講演
  • Invited
• [Presentation] Loss of branching enzyme IIb activity altered starch biosynthetic protein complexes in rice endosperm. (2019)
  • Author(s): Naoko Crofts, Yuriko Iizuka, Natsuko Abe, Satoko Miura,Ryo Matsushima, Naoko Fujita
  • Organizer: Starch Round Table 2019
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Analysis of enzyme complex and characterization of endosperm starch for rice mutant deficient in starch synthase IIa protein. (2019)
  • Author(s): Satoko Miura, Naoko Crofts, Yuko Hosaka, Naoko F Oitome, Misato Abe, Naoko Fujita
  • Organizer: Starch Round Table 2019
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Starch synthase (SS) IIa from indica rice partially complements the sugary-1 phenotype in japonica rice endosperm. (2019)
  • Author(s): Yoshiki Satoh, Naoko Crofts, Satoko Miura, Yuko Hosaka, Misato Abe, Naoko Fujita
  • Organizer: Starch Round Table 2019
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] スターチシンターゼ(SS)アイソザイム活性の強弱が見かけのアミロース含量に及ぼす影響 (2018)
  • Author(s): 熊谷万紀, 杉本恭平, 三浦聡子, 阿部美里, 保坂優子, クロフツ尚子, 藤田直子
  • Organizer: 日本応用糖質科学会
• [Presentation] 変異体米を用いたイネ澱粉生合成関連酵素の酵素複合体の解析 (2018)
  • Author(s): クロフツ尚子, 三浦聡子, 林真里, 阿部奈津子, 飯塚悠莉子, 追留那緒子, 藤田直子
  • Organizer: 日本応用糖質科学会
  • Invited