2016 Fiscal Year Research-status Report
果実細胞壁・果皮クチクラ生合成経路の解明-果実内デンプン分解産物のダイナミズム
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16K07586
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| Research Institution | University of Tsukuba |
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Principal Investigator |
松倉 千昭 筑波大学, 生命環境系, 教授 (60361309)
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| Project Period (FY) |
2016-04-01 – 2019-03-31
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| Keywords | トマト / 果実 / デンプン / AGPase / 細胞壁 / ペクチン / 果実硬度 / 組織強度 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究において申請者は、トマトにおいて果実,葉柄組織に蓄積したデンプンの代謝経路およびその分解産物の機能を解明するため、先行研究において作出されたデンプン蓄積抑制形質転換体（ADP-glucose pyrophosphorylase 遺伝子 AgpS1、AgpL1 RNAi形質転換系統）を供試して細胞壁や組織強度に注目して解析を行った。その結果、デンプン蓄積抑制形質転換体の赤熟果実外果皮では、ペクチン構成単糖の1つであるウロン酸含量が35～74％ 減少していることが明らかとなった。この画分に含まれるウロン酸の主成分はガラクツロン酸であることから、赤熟期においてデンプンはUDP-D-ガラクツロン酸に代謝されていることが強く示唆された。また、形質転換体の赤熟果実では果実硬度が減少傾向にあることが確認された。以上の結果より、果実においてデンプン分解産物が可溶性糖のみならず、細胞壁構成多糖としても利用されていることを初めて明らかにした。
並行して、本研究では、AgpS1、AgpL1過剰発現形質転換体系統についても解析を進めた。しかし、T2世代で選抜された優良系統の次世代 (T3世代) を供試し解析を行った結果、デンプン高蓄積系統を得ることはできなかった。今後、T1世代に戻り、再度、優良系統のスクリーニングを行う予定である。
また、草姿の異なる実用品種2品種を供試して、デンプン蓄積と草姿、組織強度、果実糖度との関連性を調査した。その結果、デンプン蓄積と果実糖度については関連性は見られたものの、草姿、組織強度との相関は認められなかった。その一方で、リグニン含量とは強い関連性が確認された。今後、両品種間におけるリグニン合成・蓄積の制御様式の違いを解析することで、草姿を制御する因子の解明につながることが期待される。
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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
今年度は、デンプン蓄積抑制形質転換体（AgpS1、AgpL1 RNAi形質転換系統・品種マイクロトム）を供試して細胞壁や組織強度に注目して詳細な解析を行った。形質転換体果実において詳細な細胞壁多糖の成分変化を解析した結果、デンプン蓄積抑制形質転換体の赤熟果実外果皮では、ペクチン構成単糖の1つであるウロン酸含量が35～74％ 減少していることが明らかとなった。この画分に含まれるウロン酸の主成分はガラクツロン酸であることから、赤熟期においてデンプンはUDP-D-ガラクツロン酸に代謝されていることが強く示唆された。また、形質転換体の赤熟果実では果実硬度が減少傾向にあることが確認された。これまで、果実におけるデンプンの代謝経路は明らかにされていなかったが、今回の結果より、G1Pからガラクツロン酸に代謝される経路が存在することが示された。これらは、果実においてデンプン分解産物が可溶性糖のみならず、細胞壁構成多糖としても利用されていることを示す初めての報告であり、非常に興味深い結果であると考えられる。
他方、AgpS1、AgpL1過剰発現形質転換体系統の解析については、目的遺伝子が高発現しているにも拘わらず、デンプン高蓄積系統を得ることはできなかった。こちらについては、やや解析が遅れている。
上記の解析と並行して、草姿・収量性の異なる日蘭の実用品種‘レバンソ’と‘麗容’を供試して、デンプン蓄積特性が組織強度・草姿にどのような影響を与えるのかを調査した。その結果、両品種間でデンプン蓄積と草姿の明確な関連性は見られなかったものの、リグニン蓄積特性の違いが関与していることが強く示唆された。今後、両品種間におけるリグニン合成・蓄積の制御様式の違いを解析することで、草姿を制御する因子の解明につながることが期待される。
以上の結果を総合して、本研究は概ね順調に推移していると判断した。
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| Strategy for Future Research Activity |
デンプン蓄積抑制形質転換体（AgpS1、AgpL1 RNAi形質転換系統）を用いた解析については、デンプン分解経路をより詳細に解明するため、ガラクツロン酸以外の細胞壁構成多糖についてもその成分変化について解析を進める。また、ガラクトースがビタミンC代謝や組織強度と関連するという報告があることから、形質転換体におけるガラクトース、ビタミンCの含量についても解析を行う予定である。AgpS1、AgpL1過剰発現形質転換体系統を用いた解析については、T3世代においてデンプンを高蓄積した優良系統が得られなかったことから、T1世代より、再度、優良系統のスクリーニングを行う予定である。果実のAGPase高発現については、遺伝子組換え体、変異体共に報告例が少ないため、高発現自体が何らかのネガティブな効果を持つ可能性も排除できない。そのため、二次スクリーニングでも優良系統が獲得できない場合は、こちらの解析は中止する予定である。
上記と並行して、現在、フランスの国立農学研究所 (INRA) ボルドーセンターのYves Gibon博士の研究グループと共同研究を行っており、果実にデンプンを高蓄積する変異体系統を複数系統単離している。これらの系統について、ゲノムシークエンスにより変異原因遺伝子のマッピングを行う予定である。
また、実用品種2品種におけるリグニン蓄積特性が、草姿や組織強度に影響を及ぼしていることが強く示唆された。デンプン代謝と直接的な関連性は見いだされていないものの、非常に興味深い結果であることから、今後、両品種間におけるリグニン合成・蓄積の制御様式の違いを解析することで、草姿を制御する因子の解明につなげていく予定である。
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| Causes of Carryover |
現在、INRAボルドーセンターと当該研究課題に関する共同研究を実施中である。具体的には、INRAボルドーセンターで単離したデンプン過剰蓄積変異体3系統について解析を進めており、平成29年度、もしくは平成30年度にゲノムシークエンスによる原因遺伝子のマッピングを行う予定である。申請者はその内1系統について担当することとなっため、当初計画の予算を見直して効率的な運用に努め、20万円を確保した。
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| Expenditure Plan for Carryover Budget |
デンプン過剰蓄積変異系統1系統について、BC2F2世代で変異形質のホモ接合型集団と野生型集団 (ヘテロ接合型+null型)を各々40個体づつバルク化し、ゲノムDNAを調製する。これらについて、業者に委託して x50 でゲノムシークエンスを行い原因遺伝子のマッピングを試みる。各バルク12万円前後、総額24万円程度の費用を見込んでおり、次年度使用金はその一部に充てる予定である。
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Research Products
(5 results)
