2022 Fiscal Year Annual Research Report
イネ澱粉枝作り酵素アイソザイムの各組織における機能と相補作用の解析
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20K05961
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| Research Institution | Akita National College of Technology |
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Principal Investigator |
クロフツ 尚子 秋田工業高等専門学校, その他部局等, 准教授 (30583330)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
森田 隆太郎 東京大学, 大学院農学生命科学研究科(農学部), 助教 (30866075)
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| Project Period (FY) |
2020-04-01 – 2023-03-31
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| Keywords | イネ / 澱粉 / 葉鞘 / アミロペクチン / アミロース / 枝作り酵素 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究の目的は、3種類のイネ澱粉枝作り酵素（Branching Enzyme; BEI, BEIIa, BEIIb）の 各組織における役割を明確にすることである。3種類のBEは、組織による発現強度・相互作用する酵素・好む基質の構造・形成する枝の長さが異なる。胚乳におけるBEの機能と相補作用は明確になってきたが、胚乳以外の組織におけるBEアイソザイムの機能分担は不明である。特定のBEが欠失するとどのような構造の澱粉を蓄積し、植物体にどのような影響を与えるかを明確にする。
2021年度に行った圃場試験では、他のBE変異体と異なり、be2aシングル変異体の葉鞘・稈の澱粉蓄積量が低く、光合成速度や気孔コンダクタンスが高い傾向にあった。そのため、2022年度は新たにCRISPR-Cas9法でbe2a欠失株を作出し、各組織の詳細な澱粉含量を測定した。1/5000 aワグネルポットでモノカラム処理を行いながら育成し、出穂0日目、10日目、20日目に穂・葉身・葉鞘・稈に分けてサンプリングを行った。その結果、be2a欠失株の葉鞘や稈では、野生型よりも明らかに澱粉蓄積量が減量したことから、BEIIaは葉鞘・稈の澱粉蓄積に重要な役割を担うことが明確になった。
さらに、2022年度は花粉に蓄積された澱粉の顕微鏡観察と構造解析を行った。その結果、いずれのシングル変異体系統（be1, be2a, be2b)の花粉も、野生型と同様にヨウ素で青紫色に染色されたことから、花粉に澱粉を蓄積していることが明らかになった。一方で、その澱粉構造は系統によって異なり、be2bシングル変異体は他の系統と比較してDP7-12のアミロペクチン短鎖が減少し、DP13-22とDP35以上の中長鎖が増加した。
以上のことから、BEIIaは葉鞘の澱粉合成に、BEIIbは胚乳に加えて花粉の澱粉合成に関与することが明確になった。
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