イネの生殖過程における金属制御機構の解明

2009 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 20780047
• Research Institution: Utsunomiya University
• Principal Investigator: 高橋 美智子 Utsunomiya University, 農学部, 准教授 (90345182)
• Keywords: 植物 / 発生・分化 / 発現制御 / 金属栄養 / ストレス

Research Abstract

鉄、亜鉛、銅、などの金属元素は動植物の生育にとって必須である。特に生殖成長や胚発生時の形態形成にはこれらの金属元素が重要な役割を果たすと考えられる。本研究は植物における金属栄養と生殖成長、形態形成および種子成熟との関わりを明らかにすることを目的とした。具体的には、鉄、亜鉛、銅などの金属元素と生殖成長や種子の成熟とを結ぶ物質と考えられる金属キレーターニコチアナミン、他の金属キレート化合物、金属タンパク質、金属のトランスポーターに焦点をあて、生殖器官への金属元素の輸送システムを探るとともに、輸送後の細胞内における金属元素の制御機構を明らかにすることを目的とした。イネの種子成熟過程の子房を12段階にわけて収集し各段階に応じて代謝化合物や遺伝子を抽出した。これらすべての段階の抽出物を材料としてメタボローム解析、およびマイクロアレイ解析を行った。その結果、金属結合能をもつ有機酸濃度が生育段階に応じてに変化することが分かった。また、アミノ酸が主として3パターンの変化をすることが明らかになった。玄米に多く含まれるとされてきたGABAの濃度はむしろ種子成熟に伴って低下することが分かった。さらに糖代謝産物は種子成熟の中期に濃度が高まることが明らかになった。遺伝子発現の変化もこれら代謝産物の変化と関連して変化していた。これらのことからイネ種子成熟過程において、ニコチアナミンのみでなく他の有機酸や代謝化合物の重要性が明らかになった。

Research Products

• [Journal Article] 高等植物におけるニコチアナミンの機能解析と有用作物の作出 (2010)
  • Author(s): 高橋美智子
  • Journal Title: 農林水産技術研究ジャーナル 33 Pages: 54-57
• [Journal Article] Rice metal-nicotianamine transporter, OsYSL2, is required for long distance transport of iron and manganese (2010)
  • Author(s): Ishimaru Y., Masuda H., Bashir K., Inoue H., Tsukamoto T., Takahashi M., Nakanishi H., Aoki N., Hirose T., Ohsugi R., Nishizawa NK.
  • Journal Title: Plant J. (In press)
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] In vivo analysis of metal distribution and expression of metal transporters in rice seed during germination process by microarray and X-ray Fluorescence Imaging of Fe, Zn, Mn, and Cu (2009)
  • Author(s): Takahashi, M., Nozoye, T., Kitajima, N., Fukuda, N., Hokura, A., Terada, Y., Nakai, I., Ishimaru, Y., Kobayashi, T., Nakanishi, H., Nishizawa, NK.
  • Journal Title: Plant Soil 325 Pages: 39-51
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] OsYSL18 is a rice iron(III)-deoxymugineic acid transporter specifically expressed in reproductive organs and phloem of lamina joints (2009)
  • Author(s): Aoyama T., Kobayashi T., Takahashi M., Nagasaka S., Usuda K., Kakei Y., Ishimaru Y., Nakanishi H., Mori S., Nishizawa NK.
  • Journal Title: Plant Mol.Biol. 70 Pages: 681-692
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] The rice transcription factor IDEF1 is essential for the early response to iron deficiency and induces vegetative expression of late embryogenesis abundant genes (2009)
  • Author(s): Kobayashi, T., Nakanishi I.R., Ogo, Y., Kakei, Y., Nakanishi, H., Takahashi, M., Nishizawa, NK.
  • Journal Title: Plant J. 60 Pages: 948-961
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Time course analysis of gene expression over 24 hours in Fe-deficient barley roots (2009)
  • Author(s): Nagasaka S, Takahashi M, Itai RN, Bashir K, Nakanishi H, Mori S, Nishizawa NK.
  • Journal Title: Plant Mol.Biol. 169 Pages: 621-631
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Rice OsYSL15 is an iron-regulated iron(III)-deoxymugineic acid transporter expressed in the roots and is essential for iron uptake in early growth of the seedlings (2009)
  • Author(s): Inoue H., Kobayashi T., Nozoye T., Takahashi M., Kakei Y., Suzuki K., Nakazone M., Nakanishi H., Mori S., Nishizawa NK.
  • Journal Title: J.Biol.Chem. 284 Pages: 3470-3479
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] A highly sensitive, quick, and simple quantification method for nicotianamine and 2'-deozymugineic acid from minimum samples using LC/ESl-TOF-MS achieves functional analysis of these components in plants (2009)
  • Author(s): Kakei Y, Yamaguchi I, Kobayashi T, Takahashi, M, Nakanishi H, Yamakawa T, Nishizawa NK.
  • Journal Title: Plant Cell Physiol. 50 Pages: 1988-1993
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Overexpression of the barley nicotianamine synthase gene HvNAS1 increases iron and zinc concentrations in rice grains (2009)
  • Author(s): Masuda H., Usuda K, Kobayashi T., Ishimaru Y, Kakei Y, Takahashi M, Higuchi K, Nakanishi H., Mori S, Nishizawa NK.
  • Journal Title: Rice 2 Pages: 155-166
  • Peer Reviewed
• [Presentation] イネの種子成熟過程における遺伝子発現およびメタボローム解析 (2010)
  • Author(s): 高橋美智子、臼田華奈子、草野都子、及川彰、斉藤和季、平井優美、西澤直子
  • Organizer: 第51回日本植物生理学会年会
  • Place of Presentation: 熊本大学
  • Year and Date: 2010-03-21
• [Presentation] In vivo analysis of metal distribution in rice seeds during the germination process using X-ray fluorescence imaging of Fe, Zn, Mn, and Cu (2009)
  • Author(s): Michiko Takahashi, Tomoko Nozoye, Nobuyuki Kitajima, Naoki Fukuda, Akiko Hokura, Yasuko Terada, Izumi Nakai, Naoko K Nishizawa
  • Organizer: The International Plant Nutrition Colloquium
  • Place of Presentation: Sacramento, California U.S.A.
  • Year and Date: 20090826-20090830
• [Presentation] Metal Distribution in Rice Seeds during The Germination Process using X-ray Fluorescence Imaging of Fe, Zn, Mn, and Cu (2009)
  • Author(s): Michiko Takahashi, Nobuyuki Kitajima, Naoki Fukuda, Akiko Hokura, Yasuko Terada, Izumi Nakai, Naoko K Nishizawa
  • Organizer: International Symposium on Metallomics Conference
  • Place of Presentation: シンシナティ U.S.A.
  • Year and Date: 20090607-20090609
• [Presentation] イネの種子成熟過程におけるメタボローム解析 (2009)
  • Author(s): 臼田華奈子、高橋美智子、草野都子、及川彰、斉藤和季、平井優美、西澤直子
  • Organizer: 日本士壌肥料学会2009年度京都大会
  • Place of Presentation: 京都大学
  • Year and Date: 2009-09-17