Functioinal analysis of the factors involved in transportation rice glutelin from ER in rice endosperm and utilization of breeding

• Project/Area Number: 18J40102
• Research Category: Grant-in-Aid for JSPS Fellows
• Allocation Type: Single-year Grants
• Section: 国内
• Research Field: Science in genetics and breeding
• Research Institution: Kyushu University
• Principal Investigator: 串間(福田) 真子 九州大学, 農学研究院, 特別研究員(RPD)
• Project Period (FY): 2018-04-25 – 2021-03-31
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2020)
• Budget Amount: ¥4,030,000 (Direct Cost: ¥3,100,000、Indirect Cost: ¥930,000); 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: イネ種子貯蔵タンパク質 / 小胞輸送 / グルテリン / 小胞体 / COPII被膜小胞 / 高圧急速凍結技法 / セリンヒドロキシメチルトランスフェラーゼ / GOT1B / 高水分吸収性 / 1粒炊飯法 / 低カロリー米 / イネ / 貯蔵タンパク質 / グルテリン前駆体 / グロブリン / プロラミン / 変異体

Outline of Annual Research Achievements

①イネ種子貯蔵タンパク質グルテリンの細胞内輸送に関する解析
グルテリンは小胞体上で前駆体として合成後、ゴルジ体を経由して液胞へと輸送され蓄積される。グルテリンの輸送・蓄積までの過程には様々な因子が関与しているが、その中の１つであるGLUP2/GOT1Bはグルテリンの小胞体からゴルジ体への輸送に関与することが示された。酵母において、GOT1BはCOPII被膜小胞の小胞体からゴルジ体への小胞輸送に関与することが報告されているが、イネにおいてCOPII被膜小胞の存在は明らかになっていない。そこで、イネ種子胚乳細胞内に COPII 被膜小胞の存在を明らかにするために、高圧急速凍結固定・包埋を行い、イネ胚乳細胞内におけるCOPII被膜小胞の特定を試みた。電子顕微鏡観察の結果、ゴルジ体の近くに既報のデンスベジクルだけではなく、電子密度の低い小胞が多く認められ、更にこの小胞にグルテリン及びSar1抗体を標識させた金粒子が認められた。この結果から、電子密度の低い小胞はCOPII被膜小胞の可能性が考えられ、グルテリン前駆体はCOPII被膜小胞を介してゴルジ体へと輸送される可能性が考えられた。
②セリンヒドロキシメチルトランスフェラーゼ（SHMT）変異体の解析
SHMTの変異体はシステイン残基を多く含む貯蔵タンパク質が減少した突然変異体である。SHMTの貯蔵タンパク質の蓄積における機能を明らかにするために、SHMTに関する変異体種子の組織学的解析を行った。変異体種子において、プロラミン顆粒（Protein body:PBI）内部に空洞が認められた。貯蔵型液胞に集積するグルテリン及びグロブリン顆粒(PBII)中にも、空洞が認められ、野生型とは異なる形状をし示した。これらの結果から、SHMTは貯蔵タンパク質の合成に必要であり、システインリッチ貯蔵タンパク質はPB形成に重要な役割を果たしていると考察した。

Research Progress Status

令和2年度が最終年度であるため、記入しない。

Strategy for Future Research Activity

令和2年度が最終年度であるため、記入しない。

Research Products

• [Int'l Joint Research] Washington state University/Institute of Biological Chemistry(米国)
• [Int'l Joint Research] ワシントン州立大学(米国)
• [Journal Article] Regulation of intracellular transport of the glutelin in the rice endosperm cell (2019)
  • Author(s): 福田真子、熊丸敏博
  • Journal Title: PLANT MORPHOLOGY Volume: 31 Issue: 1 Pages: 31-35
  • DOI: 10.5685/plmorphol.31.31
  • NAID: 130007823159
  • ISSN: 0918-9726, 1884-4154
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] コメ貯蔵タンパク質グルテリンの細胞内輸送機構の解明 (2019)
  • Author(s): 福田真子，熊丸敏博
  • Journal Title: Plant Morphology Volume: 印刷中
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Selective sets of mRNAs localize to extracellular paramural bodies in a rice glup6 mutant (2018)
  • Author(s): Yang Y, Chou HL, Crofts AJ, Zhang L, Tian L, Washida H, Fukuda M, Kumamaru T, Oviedo OJ, Starkenburg SR, Okita TW.
  • Journal Title: Journal of Experimental Botany Volume: 69 Issue: 21 Pages: 5045-5058
  • DOI: 10.1093/jxb/ery297
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] A conserved motif is essential for the correct assembly of proglutelins and for their export from the endoplasmic reticulum in rice endosperm (2018)
  • Author(s): Tian L, Xing Y, Fukuda M, Li R, Kumamaru T, Qian D, Dong X, Qu LQ
  • Journal Title: Journal of Experimental Botany Volume: 69 Issue: 21 Pages: 5029-5043
  • DOI: 10.1093/jxb/ery290
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Chloroplast Accumulation Response Enhances Leaf Photosynthesis and Plant Biomass Production (2018)
  • Author(s): Gotoh Eiji、Suetsugu Noriyuki、Yamori Wataru、Ishishita Kazuhiro、Kiyabu Ryota、Fukuda Masako、Higa Takeshi、Shirouchi Bungo、Wada Masamitsu
  • Journal Title: Plant Physiology Volume: 178 Issue: 3 Pages: 1358-1369
  • DOI: 10.1104/pp.18.00484
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Eukaryotic peptide chain release factor 1 participates in translation termination of specific cysteine-poor prolamines in rice endosperm (2018)
  • Author(s): Elakhdar A, Ushijima T, Fukuda M, Yamashiro N, Kawagoe Y, Kumamaru T
  • Journal Title: Plant Science Volume: 281 Pages: 223-231
  • DOI: 10.1016/j.plantsci.2018.12.006
  • Peer Reviewed
• [Presentation] セリンヒドロキシルトランスフェラーゼはイネ種子のシステイン高含有貯蔵タンパク質の合成に関与する (2020)
  • Author(s): 松坂弘明、〇福田真子、長嶺愛、熊丸敏博
  • Organizer: 第62回日本植物生理学会年会
• [Presentation] GOT1B is required for localization of storage protein RNA and for export of proglutelin from ER (2019)
  • Author(s): Masako Fukuda, Toshihiro Kumamaru, Thomas W. Okita
  • Organizer: American Society of Plant Biology 2019
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] コメグルテリンの生合成・蓄積に関わる因子の欠損により貯蔵タンパク質の局在はどのように変化したか？Localized changes of rice storage protein by deficit of factors involved in biosynthesis and accumulation of rice glutelin (2018)
  • Author(s): 福田真子、熊丸敏博
  • Organizer: 第74回 日本顕微鏡学会
• [Presentation] イネ種子貯蔵タンパク質グルテリンの小胞体から液胞への細胞内輸送機構の解明 (2018)
  • Author(s): 福田真子、熊丸敏博
  • Organizer: 第82回 日本植物学会
• [Presentation] The role of the Protein Disulfide Isomerase Like (PDIL) 2-3 in the accumulation of the storage proteins in rice endosperm (2018)
  • Author(s): SAW MYAT NWE，Masako Fukuda，Toshihiro Kumamaru
  • Organizer: 第135回 日本育種学会
• [Remarks] 九州大学 農学研究院生物資源環境科学府 生命機能科学専攻 システム生物学コース 植物遺伝子資源学分野
  • URL: http://www.agr.kyushu-u.ac.jp/lab/pgr/
• [Remarks] 九州大学大学院 農学研究院 植物遺伝子資源学分野
  • URL: http://www.agr.kyushu-u.ac.jp/lab/pgr/
• [Remarks] WASHINGTON STATE UNIVERSITY IBC
  • URL: https://ibc.wsu.edu/research-faculty-2/okita-lab/