イネ胚乳細胞の生長と成熟を制御する小胞体-細胞膜系の解明

2017 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 17H03759
• Research Institution: Ehime University
• Principal Investigator: 恩田 弥生 愛媛大学, 農学研究科, 准教授 (70368463)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 野並 浩 愛媛大学, 農学研究科, 教授 (00211467)
• Project Period (FY): 2017-04-01 – 2021-03-31
• Keywords: 植物 / 蛋白質

Outline of Annual Research Achievements

胚乳細胞は貯蔵タンパク質を活発に生合成し、登熟期、ジスルフィド結合の形成（システイン残基側鎖スルフヒドリル基の酸化反応）により大量かつ安定なタンパク質蓄積を可能とし、続く発芽期、ジスルフィド結合の開裂（還元反応）によりタンパク質分解と次世代への栄養供給を実現する。イネ貯蔵タンパク質のジスルフィド結合形成は小胞体局在ジスルフィド産生酵素（例えば、フラボ酵素ERO1）及びジスルフィド伝達酵素（例えば、プロテインジスルフィドイソメラーゼPDI）から構築される複数の電子伝達系の駆動により実行される。イネ胚乳細胞の生長・成熟において小胞体ジスルフィド産生・伝達系の駆動が重要な役割を担うことがわかってきた。平成29年度はコメの生産能と品質を決定する環境変動下、イネ胚乳細胞の生長・成熟と小胞体レドックス環境の構築・動態について生化学的・細胞生物学的解析を進めた。イネ胚乳細胞では物理化学的に多様な特性を有する貯蔵タンパク質群（プロラミンやグルテリン）が活発に生合成され、小胞体において正しいジスルフィド結合を獲得後、二種の異なるタンパク質貯蔵オルガネラ（プロテインボディ）に分別集積・輸送される。環境変動下では、小胞体におけるジスルフィド産生・伝達系の駆動と最適なレドックス環境の構築が阻害され、結果、貯蔵タンパク質の集積・輸送異常とタンパク質貯蔵オルガネラの発達阻害が誘導された。細胞非破壊条件下、質量分析法による細胞・オルガネラ代謝挙動の解析を進めている。

Current Status of Research Progress

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

Reason

環境変動下、イネ胚乳における細胞生長・成熟と小胞体レドックス環境の構築・動態について生化学的・細胞生物学的解析を行った。細胞非破壊条件下、質量分析法による細胞・オルガネラ代謝挙動解析も並行して進展している。得られた結果を取りまとめ、国内・国際学会にて研究発表を行った。

Strategy for Future Research Activity

平成29年度の研究成果に基づき、平成30年度は小胞体-細胞膜系の視点から、イネにおける環境情報伝達と細胞代謝・生長の制御機構を生化学的・分子細胞生物学的解析により調べる。また、質量分析法によるin situ細胞・オルガネラ代謝解析を進める。

Research Products

• [Presentation] 高温登熟環境下での背白粒発生及び窒素施用による品質改善機構の品種間差異 (2018)
  • Author(s): 畠山友翔、中野洋、恩田弥生、野並浩、Rosa Erra-Balsells、中島大賢、平岡賢三、和田博史
  • Organizer: 第245回日本作物学会講演会
• [Presentation] Disulfide bond formation: redox-based regulation of organelle development in plant cells (2018)
  • Author(s): Onda, Y.
  • Organizer: 東京工業大学化学生命科学研究所国際フォーラム2018
  • Int'l Joint Research / Invited
• [Presentation] The role of cytoplasmic streaming in osmotic adjustment in tomato trichome cells under water stress (2017)
  • Author(s): Nakata, K., Wada, H., Onda, Y., Erra-Balsells, R., Nonami, H.
  • Organizer: 2017 CIGR World Workshop
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] イネ胚乳細胞における小胞体環境の制御機構 (2017)
  • Author(s): 恩田弥生、紙田昂輝、野並浩
  • Organizer: 日本生物環境工学会2017年大会
• [Presentation] Development of the on-site live cell metabolomics performable in controlled environment (2017)
  • Author(s): Wada, H., Nonami, H., Tanaka, K., Nakashima, T., Hatakeyama, Y., Nakano, H., Onda, Y., Hiraoka, K., Hakata, M., Morita, S.
  • Organizer: SEB (Society for Experimental Biology) Gothenburg 2017
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Nitrogen application reverses heat-induced rice chalkiness: evidence for organelle rearrangement due to the recovery of protein synthesis in endosperm cells (2017)
  • Author(s): Hatakeyama, Y., Onda, Y., Nonami, H., Nakashima, T., Nakano, H., Erra-Balsells, R., Hiraoka, K., Wada, H.
  • Organizer: SEB (Society for Experimental Biology) Gothenburg 2017
  • Int'l Joint Research