2023 Fiscal Year Annual Research Report
オートファジーによるイネ種子登熟過程のα-アミラーゼ発現制御機構の解明
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21K05501
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| Research Institution | Kanagawa University |
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Principal Investigator |
花俣 繁 神奈川大学, 付置研究所, 客員研究員 (00712639)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
朽津 和幸 東京理科大学, 創域理工学部生命生物科学科, 教授 (50211884)
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| Project Period (FY) |
2021-04-01 – 2024-03-31
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| Keywords | オートファジー / イネ / 胚乳 / 遺伝子発現制御 / 種子登熟 / 高温障害 / 澱粉代謝 / トランスクリプトーム |
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| Outline of Annual Research Achievements |
イネ種子登熟期の高温は玄米品質を低下させ，その原因の一つに，澱粉分解酵素の異常活性化による玄米澱粉の分解がある。その抑制は，高温障害の緩和および耐性品種の開発に直結する。本研究は，高温障害米と類似するオートファジー機能欠損変異体の玄米白濁化に着目し，α-アミラーゼの発現制御機構の解明を目指した。最終年度となる本年度は以下の解析を進め，研究を総括した。
網羅的トランスクリプトミクスにより，種子発達時のオートファジーがα-アミラーゼを含む澱粉代謝系遺伝子ネットワークに与える影響を解析し，（１）変異体におけるα-アミラーゼの発現が種子発達初期段階から認められること，（２）転写産物の網羅的解析とシスエレメント解析によりα-アミラーゼを含む胚乳内遺伝子の発現制御に関与する転写因子候補群とその結合予測配列を同定した。栽培環境の違いがオートファジー機能欠損変異体の種子稔実に与える影響について調査し，日長を屋外条件と完全に一致させた閉鎖系温室と圃場環境下を用いることで，（３）オートファジー機能欠損変異体の種子稔実には日長の変化以外に環境要因が必要であることを明らかにした。
イネの種子登熟過程に胚乳内で効率よく正常な澱粉合成を行なう過程でオートファジーが重要な役割を果たすこと，オートファジー機能欠損変異体では澱粉代謝経路が開花後の登熟期の初期段階から分解方向に偏り，最終的な完熟種子が白濁化すること，α-アミラーゼを含む，澱粉分解関連因子のプロモーター領域にこれらのトランスクリプトームにより同定した転写因子群が結合しうることを明らかにした。また，最終的な玄米白濁度と登熟中の種子のα-アミラーゼ活性には正の相関があることも判明した。これらの結果から，登熟種子中のα-アミラーゼの発現と活性化を抑制し，これを指標とすることで，将来的に種子の完熟前に玄米の白濁具合を予測する技術の開発が期待される。
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