圃場環境操作実験およびＮＭＲメタボロミクスによる水稲代謝応答の解析

2014 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 24580029
• Research Institution: National Agriculture and Food Research Organization
• Principal Investigator: 関山 恭代 独立行政法人農業・食品産業技術総合研究機構, 食品総合研究所・食品分析研究領域, 主任研究員 (60342804)
• Project Period (FY): 2012-04-01 – 2015-03-31
• Keywords: メタボロミクス / NMR / FACE / イネ

Outline of Annual Research Achievements

【目的】 本課題では、圃場環境操作実験で栽培されたイネを対象に、核磁気共鳴(NMR) 法による代謝物の網羅的解析（メタボローム解析）を行い、CO2 濃度の上昇や温暖化といった気候変化が、イネの代謝プロファイルにおよぼす影響とその品種間差異を調べることを目的とした。
【方法および結果】開放系圃場（つくばみらい市）において、CO2 濃度を増加させたFACE 区（CO2濃度約590 ppm）と対照区（CO2濃度約390 ppm）のそれぞれについて、温暖化を想定し水温を周辺と比べて2℃上げた加温区、さらに施肥の効果を検討するための低窒素区を設け、コシヒカリおよびタカナリについて、栄養生長期、穂揃い期および登熟期の3点でサンプリングを行った。栄養生長期の上位2葉、穂揃期および登熟期の小穂と止め葉について、1H-NMRスペクトルを計測し、主成分分析を行った。解析は、2012年採集試料を中心に行った。
全スペクトルを使用した主成分分析では、環境条件の違いによるクラス形成は見られず、葉身、葉鞘、小穂といった部位の違いが最も大きく見られ、次いでサンプリング時期や、最上位展開葉（第I葉）と第II葉といった葉齢ごとのクラス形成が認められた。これらのクラス形成には糖類の寄与が大きく、次いで有機酸の寄与が見られた。前年度栄養生長期の試料では、まず対照区とFACE区でクラス形成する傾向が見られたため、イネの代謝に対するCO2濃度の影響は年度ごとに大きく異なることが示唆された。
コシヒカリでは、栄養生長期の第II葉の葉身でFACE効果が見られた。低窒素区における代謝プロファイルの変化は穂揃期以降に現れ、穂揃期では止葉の葉鞘、登熟期では止葉の葉身および葉鞘、小穂の全てにおいて施肥による代謝への影響が認められた。タカナリはコシヒカリよりも環境変化による代謝への影響が小さく、穂揃期の止葉においてわずかにFACE効果が見られた。

Research Products

• [Journal Article] A NMR-based, non-targeted multistep metabolic profiling revealed L-rhamnitol as a metabolite that characterised apples from different geographic origins (2015)
  • Author(s): Satoru Tomita, Tadashi Nemoto, Yosuke Matsuo, Toshihiko Shoji, Fukuyo Tanaka, Hiroyuki Nakagawa, Hiroshi Ono, Jun Kikuchi, Mayumi Ohnishi-Kameyama, Yasuyo Sekiyama
  • Journal Title: Food Chemistry Volume: 174 Pages: 163-172
  • DOI: 10.1016/j.foodchem.2014.11.028
  • Peer Reviewed / Acknowledgement Compliant
• [Journal Article] Characterization of leaf blade- and leaf sheath-associated bacterial community and assessment of their responses to environmental changes of CO2, temperature, and nitrogen levels under field conditions (2015)
  • Author(s): Seishi Ikeda, Takeshi Tokida, Hirofumi Nakamura, Hidemitsu Sakai, Yasuhiro Usui, Takashi Okubo, Kanako Tago, Kentaro Hayashi, Yasuyo Sekiyama, Hiroshi Ono, Satoru Tomita, Masahito Hayatsu, Toshihiro Hasegawa, Kiwamu Minamisawa
  • Journal Title: Microbes and Environments Volume: 30 Pages: 51-62
  • DOI: 10.1264/jsme2.ME14117
  • Peer Reviewed / Acknowledgement Compliant
• [Presentation] NMRメタボリックプロファイリングを利用した農作物の特性解析 (2015)
  • Author(s): 冨田理、 池田成志、 津田昌吾、染谷信孝、浅野賢治、小野裕嗣、菊地淳、関山恭代
  • Organizer: 日本農芸化学会2015年度大会
  • Place of Presentation: 岡山大学津島キャンパス（岡山県岡山市）
  • Year and Date: 2015-03-26 – 2015-03-29
• [Presentation] 農業・食品研究のためのNMRメタボロミクス (2015)
  • Author(s): 関山恭代、冨田理、根本直、池田成志
  • Organizer: 日本農芸化学会2015年度大会
  • Place of Presentation: 岡山大学津島キャンパス（岡山県岡山市）
  • Year and Date: 2015-03-26 – 2015-03-29
• [Presentation] NMRメタボロミクスによる農作物・農産物の解析例とフードメタボロミクスの動向 (2015)
  • Author(s): 関山恭代
  • Organizer: 「メタボロミクスを活用した農産物評価技術」に関するワークショップ
  • Place of Presentation: Ｒ＆Ｂパーク札幌大通サテライト（北海道札幌市）
  • Year and Date: 2015-01-14 – 2015-01-14
  • Invited
• [Presentation] NMR-based metabolic profiling for the identification of potential metabolite markers to characterize apples from different origins (2014)
  • Author(s): Satoru Tomita, Tadashi Nemoto, Yosuke Matsuo, Toshihiko Shoji, Fukuyo Tanaka, Hiroyuki Nakagawa, Hiroshi Ono, Jun Kikuchi, Mayumi Ohnishi-Kameyama, Yasuyo Sekiyama
  • Organizer: The 10th International Conference of the Metabolomics Society
  • Place of Presentation: 鶴岡ワシントンホテルおよび東京第一ホテル鶴岡（山形県鶴岡市）
  • Year and Date: 2014-06-23 – 2014-06-26