Functional analysis and application of nitrogen fertilizer-responsive rice amylases

2020 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 18K05605
• Research Institution: National Agriculture and Food Research Organization
• Principal Investigator: 黒田 昌治 国立研究開発法人農業・食品産業技術総合研究機構, 生物機能利用研究部門, 上級研究員 (30355581)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 朝倉 富子 東京大学, 大学院農学生命科学研究科(農学部), 特任教授 (20259013)
• Project Period (FY): 2018-04-01 – 2021-03-31
• Keywords: コメ / 品質 / 窒素肥料 / アミラーゼ / デンプン / 遺伝子発現 / ゲノム編集

Outline of Annual Research Achievements

出穂期の窒素追肥は、コメの増収をもたらす一方で食味や加工特性を低下させることから、農業生産向上には両者の負の相関を解消する必要がある。本研究では窒素追肥で発現上昇するベータアミラーゼ3および5(BAMY3、BAMY5)、アルファアミラーゼ3E(Amy3E)の3遺伝子と品質の関係性を明らかにし、さらに、これらの遺伝子の欠損変異等を利用して、新たな品質特性を持った育種素材の開発をめざす。
R2年は、これまでと同様に窒素追肥試験を進めつつ、HPLCにより人工気象機収穫種子のアミロペクチン側鎖長の分析を行った。窒素追肥区では重合度9-14の側鎖が減少する結果になったが、これまで行ってきたヨード染色による推定法では重合度12以下の側鎖が増加する結果となっており、一見して矛盾する結果となった。窒素追肥によりデンプン鎖長分布が変化することは確定的であるが、結論を得るにはさらなる検討が必要である。人工気象機栽培では追肥により窒素含有量が50％以上増加するが、それでも電子顕微鏡観察によるデンプン粒の形状は、試験区間で明確な差が見られなかった。窒素応答型アミラーゼ3重破壊系統は、稔実率が相応にある2系統を選抜して2世代進めた種子が得られ、これらを用いた鎖長分布解析により、デンプン構造に果たす機能が解明できると考える。R1年度にPCR増幅が困難であったベータアミラーゼプロモーター領域、コード領域は、人工遺伝子合成等を用いてベクターを作成し、イネに導入した。
総合的に考察すると、窒素追肥によって胚乳デンプンの鎖長が変化すること、その変化はデンプン粒の形態までに影響するほどではないこと、という新知見は確認できた。一方で、アミラーゼ群とデンプン鎖長変化の関係性について具体像を明らかにできなかったが、そのために必要な組換えイネ等は揃えられたので、今後これらを利用して結論をめざすこととしたい。