2017 Fiscal Year Research-status Report
ワイドターゲットメタボロミクスを基盤とした植物のシュウ酸蓄積分子機構の解明
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16K20953
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| Research Institution | Saitama University |
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Principal Investigator |
宮城 敦子 埼玉大学, 理工学研究科, 非常勤研究員 (00645971)
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| Project Period (FY) |
2016-04-01 – 2019-03-31
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| Keywords | シュウ酸 / ICL / イネ品種間比較 / 重イオンビーム照射 / CE-QQQ-MS |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究課題は、イネの茎葉におけるシュウ酸蓄積機構を解明することにより、稲わらの低シュウ酸化による飼料価値の向上を目指すものである。
本年度は、まず、シュウ酸合成経路の1つであるイソクエン酸経路における主要酵素イソクエン酸リアーゼ（ICL）に着目し、RNAi法を用いてICLノックダウンイネ系統の作出を試みた。次に、前年度においてシュウ酸含有量が4倍異なることが判明した2品種コシヒカリおよびタカナリにおける代謝物パターンの違いを明らかにするため、CE-QQQ-MSを用いて一次代謝物のメタボローム解析を行った。得られた代謝物データを用いて多変量解析を行った。その結果、シュウ酸含有量と比例してクエン酸などのシュウ酸周辺代謝物が蓄積する傾向が見られた。その一方で、アミノ酸含有量が減少することが示された。また、2品種間のシュウ酸含有量の違いに影響を及ぼす染色体部位を明らかにするため、染色体部分置換系統（80系統）のシュウ酸含有量を測定した。その結果、シュウ酸含有量が親品種と異なる複数の染色体置換系統を見出した。さらに、イオンビーム照射イネにおいて選抜された低シュウ酸個体の後代でも低シュウ酸形質が維持されているか否かを検証するため、シュウ酸含有量を測定した。その結果、後代においても野生型と同様に成長しシュウ酸含有量が6割まで低下している個体が見出された。このことから、イオンビームの種子照射系統では成長を損なわず6割程度まで低シュウ酸化系統を得ることが可能なことが示唆された。
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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
ICLノックダウン系統の作出を試みたものの、ICL遺伝子発現の抑制およびシュウ酸含有量を検証していないため、次年度はRT-PCRを行うことによりICLの発現が抑制されていることを確認する必要がある。ICL遺伝子の発現抑制が確認できれば、CE-QQQ-MSを用いて葉のシュウ酸含有量の測定を行うことにより、ICL遺伝子の発現とシュウ酸蓄積との関係性を明らかにすることが出来る。
シュウ酸含有量の異なる2品種間の代謝比較解析を行うことにより、シュウ酸周辺の代謝物パターンが大きく異なること、シュウ酸含有量に影響を及ぼす染色体部位を特定することができ、ICL以外の遺伝子レベルでのシュウ酸蓄積因子の解明に向けて前進できた。イオンビーム照射イネでは後代でも低シュウ酸個体を得ることが出来た。
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| Strategy for Future Research Activity |
前年度までに作出したICLノックダウン系統における葉のシュウ酸含有量の測定を行うことにより、ICL遺伝子の発現がシュウ酸蓄積に及ぼす影響を明らかにする。さらに、ICL遺伝子のノックアウト系統および高発現系統を作出し、その成長解析およびシュウ酸含有量の測定を行うことにより、より詳細なICLの生理機能解析を行う。
親品種とシュウ酸含有量の異なる染色体部分置換系統のメタボローム解析を行うことにより、染色体部分置換系統の代謝物パターンを解析し、特定の染色体領域がシュウ酸およびその周辺代謝に及ぼす影響を明らかにする。また、シュウ酸蓄積量に影響を及ぼす遺伝子座の特定を行うため、親品種との戻し交雑を行い、親品種と異なるシュウ酸含有量の個体を選抜する。
イオンビーム照射イネ後代におけるシュウ酸含有量を測定し、成長が非照射個体と変わらない低シュウ酸個体を選抜することにより、低シュウ酸形質の固定された低シュウ酸系統の確立を目指す。また、得られた低シュウ酸系統と非照射個体とのゲノム比較解析を行うことにより、シュウ酸含有量に影響を及ぼす遺伝子（座）の特定を目指す。
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| Causes of Carryover |
（理由）前年度は本研究課題を推進するうえでの主力装置であるキャピラリー電気泳動－質量分析装置（CE-QQQ-MS）における、メーカー側の初期設計不良によるトラブルのため、測定不能期間が長く、予定していた消耗品や試薬等の購入量が当初の予定よりも大幅に減少した。また、前年度は予定した国際学会の発表参加を見合わせた。本年度はCE-QQQ-MSにおける不具合はなく問題なく課題を遂行でき予定通り国内外の学会にて発表参加を行うことができたが、前年度の影響により次年度使用額が生じた。
（使用計画）
次年度において、CE-QQQ－MSでの測定のための経費（試薬、抽出カラム、キャピラリー、バイアルなどの消耗品の購入）のほか、国際学会への発表参加、学術雑誌への投稿、印刷代などの経費として支出する予定である。
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Research Products
(8 results)
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[Journal Article] Effects of elevated atmospheric CO2 on respiratory rates in mature leaves of two rice cultivars grown at a free-air CO2 enrichment site and analyses of the underlying mechanisms.2018
Author(s)
Ko Noguchi, Tomonori Tsunoda, Atsuko Miyagi, Maki Kawai-Yamada, Daisuke Sugiura, Shin-Ichi Miyazawa, Takeshi Tokida, Yasuhiro Usui, Hirofumi Nakamura, Hidemitsu Sakai, Toshihiro Hasegawa
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Journal Title
Plant and Cell Physiology
Volume: 59
Pages: 637-649
DOI
Peer Reviewed
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