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イネデンプン集積抑制酵素発現制御体の高CO_2応答に関する研究

Publicly Offered Research

Project AreaComprehensive studies of plant responses to high CO2 world by an innovative consortium of ecologists and molecular biologists
Project/Area Number 22114507
Research Category

Grant-in-Aid for Scientific Research on Innovative Areas (Research in a proposed research area)

Allocation TypeSingle-year Grants
Review Section Biological Sciences
Research InstitutionNiigata University

Principal Investigator

三ツ井 敏明  新潟大学, 自然科学系, 教授 (70183960)

Project Period (FY) 2010 – 2011
Project Status Completed (Fiscal Year 2011)
Budget Amount *help
¥21,710,000 (Direct Cost: ¥16,700,000、Indirect Cost: ¥5,010,000)
Fiscal Year 2011: ¥10,920,000 (Direct Cost: ¥8,400,000、Indirect Cost: ¥2,520,000)
Fiscal Year 2010: ¥10,790,000 (Direct Cost: ¥8,300,000、Indirect Cost: ¥2,490,000)
Keywords環境対応 / 高CO2濃度 / 高温 / イネ / デンプン / ヌクレオチドピロホスファターゼ / 糖タンパク質
Research Abstract

平成23年度の研究成果は下記の通りである。
(1)イネ澱粉代謝関連糖タンパク質のプラスチド局在化機構の解明:イネヌクレオチドピロホスファターゼ/ホスホジエステラーゼ糖タンパク質アイソザイム(NPP1、2、3、6)の遺伝子にGFPを連結し、イネ細胞に導入、発現させ、それらの葉緑体局在化能をレーザー共焦点蛍光顕微鏡で観察した。NPP2-GFPとNPP6-GFPはNPP1-GFPと同様に葉緑体に局在したが、NPP3-GFPは葉緑体局在化能を持たないことが明らかになった。NPP1、2および6のN-グライコーム解析から、NPP糖タンパク質のプラスチドターゲティングにトランスゴルジが深く関与することが推察された。さらに、トランスゴルジマーカー遺伝子ST-mRFPをイネに導入し、その挙動を観察したところ、NPP1強発現下でST-mRFP標識膜小胞が活発に葉緑体に取り込まれることが見いだされた。これらの結果から、NPP糖タンパク質のプラスチド局在化機構にトランスゴルジ体-プラスチド間の膜交通が重要な役割を果たしていることが強く示唆された。
(2)イネ澱粉集積抑制酵素機能欠損変異体の澱粉集積特性に及ぼす高CO_2濃度および高温の影響:植物CO_2インキュベータを用いてTos17挿入変異体npp1(日本晴)の初期成長期(10~17d)の生重量と澱粉蓄積量に及ぼす高CO_2濃度(1,200ppm)、高温(昼12h,33℃、夜12h,28℃)の影響を調べた。npp1変異体シュートにおいては、対照条件(光:300μmol/m^2/sec、CO_2濃度:400ppm、温度:昼12h,28℃、夜12h,23℃)から高CO2条件に移すと顕著な生重量と澱粉蓄積量の増加が観察された。澱粉蓄積については高CO_2・高温条件に置くと増加傾向がより高まることが見いだされた。このnpp1変異体の高CO_2応答機構を探るために、iTRAQ標識法を用いた定量的ショットガンプロテオミクス解析を試みた。高CO_2条件下においてnpp1変異体のタンパク質発現は野生型に比べて大きく変動することが観察され、npp1変異体が高CO_2に敏感に応答しているものと考えられた。

Current Status of Research Progress
Current Status of Research Progress

2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.

Reason

(1)イネデンプン代謝関連糖タンパク質のプラスチド局在化機構の解明については、プラスチド糖タンパク質NPPのN-グライコーム解析が進んだ。(2)イネ野生型およびデンプン集積抑制酵素機能欠損変異体のデンプン集積特性に及ぼす高CO_2濃度および高温の影響については、npp1変異体が高CO_2環境下で高効率に緑葉デンプンを集積することが明らかになった。以上の研究成果が得られていることから、本研究課題はおおむね順調に進展していると判断される。

Strategy for Future Research Activity

平成24年度以降の研究計画としては、植物CO_2インキュベーターを用いてnpp1幼植物体におけるショ糖・澱粉蓄積が最大となる最適なCO2濃度、温度、光、湿度並びに窒素添加条件の決定を試みる。また、平成24年8月に竣工予定のバイオトロン群(L4.5 x W4.5 x H1.8~2.2m: CO_2濃度制御型4基、通常型4基;L4.5x W9 x H1.8~2.2m: 通常型1基)を用いてスケールアップして最適条件の確認を行う。AmyI-1遺伝子の機能欠損イネ(amyI-1:日本晴Tos17挿入変異体)についてもnpp1と同様にショ糖・澱粉蓄積に対する高CO_2・高温環境の影響を調べる予定である。

Report

(2 results)
  • 2011 Annual Research Report
  • 2010 Annual Research Report
  • Research Products

    (13 results)

All 2012 2011 2010

All Journal Article (5 results) (of which Peer Reviewed: 5 results) Presentation (5 results) Book (1 results) Patent(Industrial Property Rights) (2 results)

  • [Journal Article] A Chemically Inducible Gene Expression System and Its Application to Inducible Gene Suppression in Rice2012

    • Author(s)
      Tatsuro Hirose
    • Journal Title

      Plant Production Science

      Volume: 15 Pages: 73-78

    • Related Report
      2011 Annual Research Report
    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Involvement of Endomembrane-type Superoxide Dismutase in High Temperature Stress Tolerance during Grain Filling of Rice2012

    • Author(s)
      Toshiaki Mitsui
    • Journal Title

      Proceedings of the 3^<rd> International Symposium "Frontiers in Agriculture Proteome Research"

      Pages: 56-61

    • Related Report
      2011 Annual Research Report
    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Differential localizations and functions of rice nucleotide pyrophosphate-ase/phosphodiesterase isozymes 1 and 32011

    • Author(s)
      Kentaro Kaneko
    • Journal Title

      Plant Biotechnology

      Volume: 28 Pages: 69-76

    • Related Report
      2010 Annual Research Report
    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Characterization of a novel rice kinesin O12 with a calponin homology domain2011

    • Author(s)
      Nozomi Umezu
    • Journal Title

      The Journal of Biochemistry

      Volume: 149 Pages: 91-101

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  • [Journal Article] Crystallographic analysis reveals a unique conformation of the ADP-bound novel rice kinesin K162010

    • Author(s)
      Keiko Tanaka
    • Journal Title

      Biochemical and Biophysical Research Communications

      Volume: 401 Pages: 251-256

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  • [Presentation] 稲澱粉代謝関連酵素の細胞分子生物学と高温耐性稲の開発戦略2011

    • Author(s)
      三ツ井敏明
    • Organizer
      日本水稲品質・食味研究会
    • Place of Presentation
      新潟大学
    • Year and Date
      2011-11-23
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  • [Presentation] Involvement of endomembrane-type superoxide dismutase in high temperature stress tolerance during grain filling of rice2011

    • Author(s)
      Toshiaki Mitsui
    • Organizer
      農学プロテオーム学会
    • Place of Presentation
      つくば国際会議場
    • Year and Date
      2011-11-09
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  • [Presentation] Golgi-to-Plastid traffic in higher plant cells2011

    • Author(s)
      Toshiaki Mitsui
    • Organizer
      日本生化学会
    • Place of Presentation
      京都国際会館
    • Year and Date
      2011-09-24
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  • [Presentation] イネプラスチド局在型ヌクレオチドピロホスファターゼ/ホスホジエステラーゼのN-グライコーム解析:機能糖タンパク質がゴルジ装置の後期区画からプラスチドに輸送される2011

    • Author(s)
      三ツ井敏明
    • Organizer
      日本プロテオーム学会
    • Place of Presentation
      朱鷺メッセ(新潟)
    • Year and Date
      2011-07-29
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  • [Presentation] 高温ストレスに強いイネを開発する2010

    • Author(s)
      三ツ井敏明
    • Organizer
      新農業展開ゲノムプロジェクト・富山シンポジウム2010「ここまでできた!お米の研究最前線」
    • Place of Presentation
      富山県民会館
    • Year and Date
      2010-12-10
    • Related Report
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  • [Book] Research Communications In Biochemistry And Cell & Molecular Biology Including Oxygen Biology, and Generation and Regeneration Vol.13, Plant Organelle Proteomics : Approach and Applications2010

    • Author(s)
      Setsuko Komatsu
    • Total Pages
      47
    • Publisher
      PJD Publications Limited Research Communication Journals Biomedical Publisher to the World
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  • [Patent(Industrial Property Rights)] α-アミラーゼ遺伝子の発現を抑制するRNA又はDNA、及びそれらの利用2012

    • Inventor(s)
      三ツ井敏明
    • Industrial Property Rights Holder
      新潟大学
    • Industrial Property Number
      2012-080709
    • Filing Date
      2012-03-30
    • Related Report
      2011 Annual Research Report
  • [Patent(Industrial Property Rights)] 高温登熟性イネ2011

    • Inventor(s)
      三ツ井敏明
    • Industrial Property Rights Holder
      新潟大学
    • Industrial Property Number
      2011-246579
    • Filing Date
      2011-11-10
    • Related Report
      2011 Annual Research Report

URL: 

Published: 2010-08-23   Modified: 2018-03-28  

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