2017 Fiscal Year Annual Research Report
オンサイト・セルスペシフィック解析による水稲高温障害・窒素代謝改善効果の機構解明
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16H02533
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| Research Institution | National Agriculture and Food Research Organization |
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Principal Investigator |
和田 博史 国立研究開発法人農業・食品産業技術総合研究機構, 九州沖縄農業研究センター, 上級研究員 (40533146)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
野並 浩 愛媛大学, 農学研究科, 教授 (00211467)
恩田 弥生 愛媛大学, 農学研究科, 准教授 (70368463)
中島 大賢 北海道大学, 農学研究院, 助教 (70710945)
平岡 賢三 山梨大学, 学内共同利用施設等, 特命教授 (80107218)
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| Project Period (FY) |
2016-04-01 – 2020-03-31
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| Keywords | 水稲 / 高温ストレス / 背白米 / 1細胞代謝産物解析 / 高温登熟 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
閉鎖型人工気象室において背白粒の形成を誘導する高温条件を再現し，そこで成長中の玄米の白濁・透明化部分を対象に，オンサイトかつサイトスペシフィックな水分状態・代謝産物解析を行った．実験材料には「コシヒカリ」のポット稲を供試した．出穂後4日目に窒素追肥した上で出穂後5日目から10日間の高温処理を行った．高温処理中，背白粒の白濁推定領域である玄米の背側の背部維管束周辺の果皮と白濁化推定領域である背側の外胚乳を対象に，各細胞層から細胞液を採取し，これを対象にピコリットルセルプレッシャープローブエレクトロスプレーイオン化法を用い，前処理なしに試料中の代謝産物の質量分析を行った．並行して，高温条件下で継時的に玄米試料を採取，化学固定後，透過型電子顕微鏡を用いて玄米の白濁化する領域の細胞内オルガネラの微細構造の観察とタンパク質分析を行った．以上のデータ解析を進めたところ，背白粒形成と窒素施与による白濁化回避のメカニズムについての仮説が裏付けられた．また，圃場での窒素施肥による背白米発生低減試験を行った．高温登熟した環境下で，窒素レベルを上げることで白濁が回避された．その形態観察から人工気象室試験と同様のメカニズムが関与していることが強く示唆された．また，反復したポット施肥試験において，窒素同位体（15N）分子トレーサーを根圏に施与した後，上述の細胞分子計測を行うことで，高温下で白濁化する細胞層のアミノ酸代謝を分子レベルで動的に捉えることもできた．
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
閉鎖型人工気象室隣接型プレッシャープローブエレクトロスプレーイオン化質量分析を用いることで，高温に応答する細胞レベルの代謝産物を前処理なく，かつ，温度等の環境変化に起因する外乱の影響を排除し，成長中の玄米内の白濁化領域の細胞内代謝変化をオンサイト，かつリアルタイムに解析することができた．透過型電子顕微鏡（九州沖縄農業研究センター，熊本県合志市）に付属する印刷機の故障により、電顕画像の撮影が一時中断し，形態観察に遅れが生じたものの，その後、福岡市産学連携交流センター（福岡市）にて電顕観察を進め，遅れを取り戻した．メカニズム解明についてはデータの取得をほぼ終え，仮説を証明できる見込みである．人工気象室試験を補完する圃場試験も順調に進んでおり（平成30年度で二カ年のデータ取得完了見込み），全体としては概ね順調に研究が進展した．
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| Strategy for Future Research Activity |
今年度までの実験で得られた，①コシヒカリを対象にした高温下での白濁・窒素代謝改善に関する機構解明，②フェーンに伴なった乳白粒の発生メカニズムについて，細胞生理学的に解析し，論文に取り纏め発表する．また，高温耐性の異なる2品種を供試し，追肥による品質改善程度の品種間差異についての解析を始める．また，2年目の圃場試験を行い，施肥レベルに応じた代謝改善のデータ取得を進める．
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[Journal Article] Turgor-responsive starch phosphorylation in Oryza sativa stems: a primary event of starch degradation associated with grain-filling ability2017
Author(s)
3.Wada H, Masumoto-Kubo C, Tsutsumi K, Nonami H, Tanaka F, Okada H, Erra-Balsells R, Hiraoka K, Nakashima T, Hakata M, and Morita S
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Journal Title
PLOS ONE
Volume: 12(7)
Pages: e0181272
DOI
Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
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[Journal Article] Analysis of fluorene and 9,9-dialkylfluorenes by electrospray droplet impact (EDI)/SIMS2017
Author(s)
Takaishi R, Usmanov DT, Ninomiya S, Sakai Y, Hiraoka K, Wada H, Matsumura M, Sanada-Morimura S, Nonami H, and Yamabe S
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Journal Title
International J. Mass Spectrometry
Volume: 419
Pages: 29-36
DOI
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