Study on mechanism suppressing starch biosynthesis by plastidial folate

2019 Fiscal Year Research-status Report

• Project/Area Number: 19K06731
• Research Institution: Nagahama Institute of Bio-Science and Technology
• Principal Investigator: 林 誠 長浜バイオ大学, バイオサイエンス学部, 教授 (50212155)
• Project Period (FY): 2019-04-01 – 2022-03-31
• Keywords: プラスチド / 葉緑体 / エチオプラスト / アミロプラスト / デンプン

Outline of Annual Research Achievements

プラスチドはプロプラスチドから分化する一群のオルガネラで、葉緑体やアミロプラスト、エチオプラストなどが含まれる。これらはアミロプラストなどのデンプン蓄積型プラスチドと、エチオプラストなどのデンプン蓄積型プラスチドに大別できる。申請者は、エチオプラストは葉酸によってデンプン合成が抑制されていること、また葉酸代謝拮抗剤である５フルオロウラシルを投与するとエチオプラストのデンプン合成が促進されることを見いだした。
初年度は、変異源処理したシロイヌナズナから５フルオロウラシル耐性変異体を選抜した。これまでに約２万個体のスクリーニングを終えて、２０系統の５フルオロウラシル耐性変異体を得た。いくつかの変異体は本葉が黄緑色をしており、葉緑体の機能が低下している可能性がある。現在、これらの変異体の遺伝学的解析を進めている。戻し交雑の結果からは、これら大部分の変異体が劣性変異を持つことが明らかになっている。

Current Status of Research Progress

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

Reason

概要で述べたように、２０系統の５フルオロウラシル耐性変異体が得られいる。これらは、明確な表現型を示し、かついずれも劣性変異であることから定法に従って分子遺伝学的手法によって原因遺伝子を特定できるものと期待される。

Strategy for Future Research Activity

単離した変異体のそれぞれについて、
（１）表現型解析。戻し交雑を３回行った後、変異体ホモ接合体を単離し直し、表現型を詳しく調べる。具体的には、デンプン蓄積量、アデニン量の定量解析、プラスチドの機能解析（光合成能など）、GFPを用いたプラスチドのライブイメージングなどを行う。5フルオロウラシル以外の葉酸関連化合物に対する耐性を調べる。
（２）原因遺伝子の特定。分子遺伝学的手法とゲノムリシークエンスを組み合わせて、原因遺伝子を特定する。
（３）原因遺伝子の機能解析。シロイヌナズナゲノムデータベースを用いて遺伝子の機能を同定する。機能が未同定である場合には、類似性検索やドメイン検索などを行い、機能を推定する。酵素である場合には、大腸菌タンパク質発現系などでタンパク質を合成し、MTX、5FU、アデニン存在下での酵素活性を測定する。

Causes of Carryover

本年度はほぼ予定通りに使用し、375円のみ残った。残金については、翌年度分と合算して物品費（消耗品）として使用する計画である。

Research Products

• [Journal Article] Soybean (Glycine max L.) triacylglycerol lipase GmSDP1 regulates the quality and quantity of seed oil. (2019)
  • Author(s): Kanai, M., Yamada, T., Hayashi, M., Mano, S. and Nishimura, M.
  • Journal Title: Sci. Rep. Volume: 9 Pages: 8924,
  • DOI: 10.1038/s41598-019-45331-8
• [Journal Article] Sucrose starvation induces microautophagy in plant root cells. (2019)
  • Author(s): Goto-Yamada, S., Oikawa, K., Bizan J., Shigenobu, S., Yamaguchi, K., Mano, S., Hayashi, M., Ueda, H., Hara-Nishimura, I., Nishimura M. and Yamada, K.
  • Journal Title: Front. Plant Sci. Volume: 10 Pages: 1604
  • DOI: 10.3389/fpls.2019 01604
• [Presentation] Functional analysis of glycosyltransferase SEC in Arabidopsis thaliana de-differentiation and shoot regeneration processes. (2019)
  • Author(s): Kameyama, T., Nakagawa, U., Kamemura, K., Hayashi, M. and Imamura, A.
  • Organizer: 第６０回日本植物生理学会年会
• [Presentation] GFS9 has a role in piecemeal autophagy of plastids in dark-grown seedlings of Arabidopsis. (2019)
  • Author(s): Ishida, H., Ishida, H., Izumi, M., Hayashi, M., Makino, A. and van Wijk, K.
  • Organizer: 第６０回日本植物生理学会年会
• [Remarks] 研究内容の概要
  • URL: http://b-lab.nagahama-i-bio.ac.jp/?page_id=175