2014 Fiscal Year Annual Research Report
イネ茎部の非構造性炭水化物組成の遺伝的改変に向けた代謝制御因子の探索
| Project/Area Number |
26292009
|
|---|
| Research Institution | The University of Tokyo |
|---|
Principal Investigator |
青木 直大 東京大学, 農学生命科学研究科, 助教 (70466811)
|
|---|
| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
平野 達也 名城大学, 農学部, 准教授 (30319313)
廣瀬 竜郎 独立行政法人農業・食品産業技術総合研究機構, 中央農業総合研究センター, 主任研究員 (90355579)
|
|---|
| Project Period (FY) |
2014-04-01 – 2017-03-31
|
| Keywords | 植物（イネ） / 茎 / 炭水化物代謝 |
|---|
| Outline of Annual Research Achievements |
本研究では「たちすずか」、「たちあやか」、「リーフスター」、「日本晴‐突然変異体」を供試材料として、イネの茎部（葉鞘・稈）におけるデンプン・糖の含有率の決定に深く関与する代謝制御因子を明らかにすることを目的としている。
青木（東京大学）は、各供試材料の茎部重や穂重などの形態的特徴、および登熟期間中の茎部（葉鞘・稈）におけるデンプンおよびショ糖の蓄積パターンの特徴を検討した。その結果、イネの茎部におけるデンプン・糖の蓄積量は、穂の大きさ（シンク・サイズ）のみによって決定されるものではなく、「たちすずか」や「たちあやか」では通常品種に比べてショ糖を高濃度で蓄積する特有のメカニズムが存在する可能性が示された。さらに、これらの茎部サンプルを用いて次世代シーケンサーによる網羅的遺伝子発現解析（RNA-seq）を行い、各供試材料および対照系統の茎部における遺伝子発現パターンに関するデータを得た。
廣瀬（農研機構）は、日本晴を用いてショ糖分解系およびデンプン合成系の酵素（ショ糖リン酸合成酵素、ショ糖合成酵素、液胞型インベルターゼ、ADP-グルコースピロホスホリラーゼ、イソアミラーゼ）のアイソジーン解析を行った。RT-PCRによる発現解析等の結果から、茎部のショ糖・デンプン蓄積に関与する候補アイソジーンを絞り込んだ。
平野（名城大学）は、日本晴を用いてデンプン分解系の酵素（α-アミラーゼ、β-アミラーゼ）のアイソジーン解析を行った。RT-PCRによる発現解析等の結果から、茎部のデンプン蓄積に関与する候補アイソジーンを絞り込んだ。また、これまで茎葉部では測定が困難であったβ-アミラーゼについて信頼度の高いアッセイ系を開発した。このアッセイ系は、上記「たちすずか」などの茎部におけるデンプン蓄積の分子機構を明らかにする上で重要な手法になる。
|
| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
本年度の研究により、イネ茎部におけるデンプン・ショ糖の蓄積パターンの品種間差が明らかになった。これにより、酵素機能解析や網羅的遺伝子発現解析などを行う上でどの生育ステージのどこの部位を用いるのが最も効果的かが明確になった。実際に当初の予定どおり、デンプンやショ糖濃度に明確な品種間差がみられる時期のサンプルを用いてRNA-seqのデータが得られており、現在進めている解析に期待が持てる。
また、アイソジーン解析も順調に進んでおり、イネ茎部のデンプン・ショ糖代謝に関与する酵素のアイソジーンが明らかになりつつある。候補アイソジーンのデンプン・ショ糖代謝への関与を検証するためのノックアウト／ノックダウン系統（原品種：日本晴）の確立も進んでおり、一部については既に解析を始めている。「たちすずか」や「たちあやか」など特定の品種におけるアイソジーン解析はやや遅れているが、今後、上記RNA-seqのデータを活用することによって有望アイソジーンを絞り込むことが可能である。以上のことから、研究は概ね当初計画どおりに進展していると考える。
|
| Strategy for Future Research Activity |
今後は、①初年度に選定した候補アイソジーン（ショ糖リン酸合成酵素、ショ糖合成酵素、液胞型インベルターゼ、ADP-グルコースピロホスホリラーゼ、アミラーゼなど）について、「日本晴」のノックアウト系統（およびそれらの遺伝子相補系統）、RNAi系統および過剰発現系統を用いた検証実験を進める。茎部におけるNSCの蓄積パターンを中心に解析を行い、候補遺伝子の茎部における機能を検証する。また、草型、分げつ性および収量構成要素について調査し、候補遺伝子の生理機能が生育や収量に及ぼす影響を明らかにする。②「たちすずか」など特定の品種における酵素活性や候補アイソジーンの発現量を調べ、対照系統との違いを検討する。
研究体制および分担は初年度と同様にし、青木（代表者）はショ糖合成系および転流機能に、廣瀬（分担者）はショ糖分解系およびデンプン合成系に、平野（分担者）はデンプン分解系の酵素・輸送体に着目して研究を進めるが、必要に応じて種籾や茎部サンプル、または実験手法の交換を行い解析・検証を効率よく進める。
また、初年度末に実施した茎部の網羅的遺伝子発現解析（RNAseq）から得られた情報をもとに新たな候補遺伝子を選定し、茎部における機能を検証するための材料作りを行う（ノックアウト系統の探索、RNAi系統の作出など）。これらの検証実験については形質転換体の作出を含むケースあるため、ターゲットとする遺伝子について優先順位をつけ、実験材料の準備や栽培スペース等に配慮しながら進める必要があると考える。
|
| Causes of Carryover |
次年度使用額35,626円は、農研機構（研究分担者・廣瀬）において研究費を効率的に使用して発生した残額である。
|
| Expenditure Plan for Carryover Budget |
次年度使用額は、農研機構（研究分担者・廣瀬）において次年度に請求する研究費とあわせて、物品費として研究計画遂行のために使用する。
|
