イネ澱粉集積抑制酵素変異体における高二酸化炭素・高温応答メカニズムの解明

• Project Area: Comprehensive studies of plant responses to high CO2 world by an innovative consortium of ecologists and molecular biologists
• Project/Area Number: 24114705
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research on Innovative Areas (Research in a proposed research area)
• Allocation Type: Single-year Grants
• Review Section: Biological Sciences
• Research Institution: Niigata University
• Principal Investigator: 三ツ井 敏明 新潟大学, 自然科学系, 教授 (70183960)
• Project Period (FY): 2012-04-01 – 2014-03-31
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2013)
• Budget Amount: ¥25,220,000 (Direct Cost: ¥19,400,000、Indirect Cost: ¥5,820,000); Fiscal Year 2013: ¥12,610,000 (Direct Cost: ¥9,700,000、Indirect Cost: ¥2,910,000); Fiscal Year 2012: ¥12,610,000 (Direct Cost: ¥9,700,000、Indirect Cost: ¥2,910,000)
• Keywords: デンプン / 環境対応 / 高ＣＯ2濃度 / 高温 / イネ / ヌクレオチドピロホスファターゼ / 糖タンパク質 / ＮＰＰ１ / 高CO2濃度 / NPP1

Research Abstract

（１）イネ糖タンパク質のプラスチド局在化機構：イネプラスチド糖タンパク質である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１（NPP1）におけるN-結合型糖鎖の結合部位をアーモンドグリコペプチダーゼA／nLC-MS/MSを用いて解析し、326NTTと579NHSが糖鎖結合部位であることが分かった。イネおよびアラビドプシス緑葉から葉緑体をパーコール密度勾配遠心法により単離し、葉緑体N-グライコームをグライコブロッティング／MALDI-TOF-MS法を用いて解析したところ、イネ葉緑体N-グライコームはアラビドプシスのそれに比べ量的・質的に複雑であることが示唆された。
（２）イネ澱粉集積抑制酵素変異体の体温および光合成能に及ぼす高CO2・高温環境の影響: NPP1遺伝子の生理機能を明らかにするために、NPP1遺伝子のTos17挿入変異体npp1の形質を調べた。npp1変異体の幼芽のADP-グルコース分解活性が野生型の約20％となっていたことから、NPP1がイネおける主要なADP-グルコース分解酵素であることがわかった。npp1変異体では、温度条件、CO2濃度条件にかかわらず、野生型（WT）に比べて成長が早く、澱粉蓄積も高まることがわかった。また、サーモグラフィー観察からnpp1変異体の体温がWTと比較して低いことが見出された。さらに、種々のCO2濃度・温度環境下におけるnpp1変異体のCO2吸収・光合成能を解析した結果、すべての条件においてnpp1変異体のCO2吸収・光合成能が向上していた。特に、高CO2・高温環境下（33℃/28℃；1,600 ppm CO2）においてnpp1変異体のCO2吸収能がWTに比べて高かった。以上の結果から、NPP1遺伝子は気孔開閉、光合成並びに澱粉集積を負に制御する機能を有するものと結論された。

Current Status of Research Progress

Reason

25年度が最終年度であるため、記入しない。

Strategy for Future Research Activity

25年度が最終年度であるため、記入しない。

Research Products

• [Journal Article] Nucleotide pyrophosphatase/phosphodiesterase 1 exerts a negative effect on starch accumulation and growth in rice seedlings under high temperature and CO2 concentration conditions (2014)
  • Author(s): Kentaro KANEKO, Takuya INOMATA, Takahiro MASUI, Tsutomu KOSHU, Yukiho UMEZAWA, Javier POZUETA-ROMERO, Toshiaki MITSUI
  • Journal Title: Plant and Cell Physiology Volume: 55(2) Issue: 2 Pages: 320-332
  • DOI: 10.1093/pcp/pct139
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] <i>Arabidopsis</i> glycerol-3-phosphate permease 4 is localized in the plastids and involved in the accumulation of seed oil (2014)
  • Author(s): Hiromitsu KAWAI, Toshiaki MITSUI, Shin KORE-EDA, Maki YAMADA-KAWAI, Jun-ichi OHNISHI
  • Journal Title: Plant Biotechnology Volume: 31 Issue: 2 Pages: 159-165
  • DOI: 10.5511/plantbiotechnology.14.0222a
  • NAID: 130004435287
  • ISSN: 1342-4580, 1347-6114
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Crystal structure of α-amylase from Oryza sativa: Molecular insights into enzyme activity and thermostability (2014)
  • Author(s): Akihito OCHIAI, Hiroshi SUGAI, Kazuki HARADA, Seiya TANAKA, Yohei ISHIYAMA, Kosuke ITO, Takaaki TANAKA, Toshio UCHIUMI, Masayuki TANIGUCHI, Toshiaki MITSUI
  • Journal Title: Bioscience, Biotechnology, and Biochemistry Volume: 印刷中
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Characteristics of opaque and translucent parts of high temperature stressed grains of rice (2013)
  • Author(s): Kazumi Tsutsui
  • Journal Title: Journal of Applied Glycoscience Volume: 60 Pages: 61-67
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Proteomics of rice grain under high temperature (2013)
  • Author(s): Toshiaki Mitsui
  • Journal Title: Frontiers in PLANT SCIENCE (Mini review) Volume: 4
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] 高温でコメに乳白粒が発生する原因を遺伝子レベルで解明-高温登熟耐性品種の開発に期待- (2013)
  • Author(s): 山川 博幹
  • Journal Title: JATAFFジャーナル Volume: 1(4) Pages: 24-27
• [Journal Article] Elution behavior analysis of starch degrading enzymes during rice cooking with specific antibodies (2012)
  • Author(s): Mika Tsuyukubo
  • Journal Title: Food Science and Technology Research Volume: 18(5) Pages: 659-666
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Suppression of α-amylase genes improves quality of rice grain ripened under high temperature (2012)
  • Author(s): Hakata, M., Kuroda, M., Miyashita, T., Yamaguchi, T., Kojima, M., Sakakibara, H., Mitsui, T. and Yamakawa, H.
  • Journal Title: Plant Biotechnology Journal Volume: 10 Issue: 9 Pages: 1110-1117
  • DOI: 10.1111/j.1467-7652.2012.00741.x
  • Peer Reviewed
• [Presentation] NPP1は高温・高CO2条件下においてイネ芽生えの澱粉蓄積および成長制御に関与する (2014)
  • Author(s): 猪俣拓也、金古堅太郎、増井貴広、伊藤紀美子、ポズエタ-ロメロハビア、三ツ井敏明
  • Organizer: 第55回日本植物生理学会
  • Place of Presentation: 富山大学
• [Presentation] NPP1は高温・高CO２環境下における成長およびデンプン蓄積を負に制御する (2014)
  • Author(s): 金古堅太郎、猪俣拓也、増井貴広、伊藤紀美子、ハビアポズエタ-ロメロ、三ツ井敏明
  • Organizer: 日本農芸化学会2014年度大会
  • Place of Presentation: 明治大学
• [Presentation] Mutation of nucleotide pyrophosphatase/phosphodiesterase 1 stimulates accumulation of starch in rice seedlings under high CO2 concentration (2013)
  • Author(s): Takahiro MASUI, Takuya INOMATA, Maiko SASAKI, Kentaro KANEKO, Toshiaki MITSUI
  • Organizer: 12th HUPO World Congress 2013
  • Place of Presentation: Yokohama
• [Presentation] イネα-アミラーゼの機能発現制御と米品質 (2013)
  • Author(s): 三ツ井敏明
  • Organizer: 植物化学調節学会第48回大会
  • Place of Presentation: 新潟大学
  • Invited
• [Presentation] 水稲高温登熟に関するプロテオーム解析 (2013)
  • Author(s): 三ツ井敏明
  • Organizer: 日本作物学会 ミニシンポジウム
  • Place of Presentation: 明治大学
  • Invited
• [Presentation] 高温登熟障害米粒のプロテオーム解析 (2012)
  • Author(s): 三ツ井敏明
  • Organizer: 平成24年度 日本プロテオーム学会年会
  • Place of Presentation: 日本科学未来館
  • Invited
• [Presentation] イネnpp1変異体の高CO2・高温における定量的プロテオミクス解析 (2012)
  • Author(s): 金古堅太郎
  • Organizer: 平成24年度 日本プロテオーム学会年会
  • Place of Presentation: 日本科学未来館
• [Presentation] 高温ストレスにより発生した白未熟米粒の定量的プロテオミクス解析 (2012)
  • Author(s): 佐々木麻衣子
  • Organizer: 平成24年度 日本プロテオーム学会年会
  • Place of Presentation: 日本科学未来館
• [Presentation] 高温ストレスにより発生した白未熟米粒の定量プロテオーム解析 (2012)
  • Author(s): 丸山達也
  • Organizer: 日本応用糖質学会平成24年度大会
  • Place of Presentation: 東京農工大学
• [Book] Plant Proteomics Methods and Protocols 2nd edition (2013)
  • Author(s): Takeshi SHIRAYA, Kentaro KANEKO, and Toshiaki MITSUI
  • Total Pages: 786
  • Publisher: Humana press