イネ澱粉生合成関連酵素の酵素間相互作用に着目した澱粉構造制御機構の解明

• 研究課題/領域番号: 15J40176
• 研究種目: 特別研究員奨励費
• 配分区分: 補助金
• 応募区分: 国内
• 研究分野: 応用分子細胞生物学
• 研究機関: 秋田県立大学
• 研究代表者: クロフツ 尚子 秋田県立大学, 生物資源科学部, 特別研究員(RPD) (30583330)
• 研究期間 (年度): 2015-04-24 – 2019-03-31
• 研究課題ステータス: 完了 (2018年度)
• 配分額: 4,420千円 (直接経費: 3,400千円、間接経費: 1,020千円); 2017年度: 1,430千円 (直接経費: 1,100千円、間接経費: 330千円); 2016年度: 1,430千円 (直接経費: 1,100千円、間接経費: 330千円); 2015年度: 1,560千円 (直接経費: 1,200千円、間接経費: 360千円)
• キーワード: イネ / 澱粉 / アミロペクチン / 酵素間相互作用 / 複合体 / 相互作用 / タンパク質複合体 / タンパク質相互作用

研究実績の概要

澱粉構造の制御機構を明らかにすることを目的として、イネ澱粉生合成関連酵素のタンパク質相互作用を介して形成される酵素複合体の構成と、その活性や産物の構造を明らかにした。前年度までに行った研究から、野生型のジャポニカ米では、多くの澱粉生合成関連酵素が複数の組み合わせの酵素複合体を形成することが明らかになっている。酵素複合体の主要な構成成分が欠損しユニークな澱粉構造を示すイネ変異体を用いて、特定の酵素が欠損すると澱粉生合成関連酵素の相互作用がどのように変化するかを明確にした。
澱粉生合成関連酵素複合体の主要な成分であるStarch synthase I (SSI), Branching enzyme IIb (BEIIb)を欠損したイネ変異体が、どのような酵素複合体を形成しているか明らかにするため、SSIを欠損したイネ変異体およびBEIIbを欠損したイネ変異体の登熟種子から可溶性タンパク質を抽出し、免疫沈降法およびゲル濾過法を行い、SSIおよびBEIIbが欠損した場合の酵素複合体の構成成分と酵素複合体の分子量を明らかにした。その結果、SSIが欠損すると700kDa以上の高分子量に溶出する澱粉生合成関連酵素（SSIIa, SSIVb, BEI, BEIIb, PULなど）の割合が増した。
BEIIbの活性が無いイネ変異体の酵素複合体を分析したところ、 BEIIbタンパク質の有無に関わらず、野生型では300kDa以下に存在するBEIIaが200kDa以上の幅広い分子量に溶出することが明らかになった。一方、不活性型のBEIIbはSSI, SSIIa, BEIと共にその大部分が700KDa以上に溶出したことから、澱粉生合成関連酵素の酵素間相互作用は、欠損する酵素の種類や変異の部位によって異なることが明らかになった。

現在までの達成度 (段落)

平成30年度が最終年度であるため、記入しない。

今後の研究の推進方策

平成30年度が最終年度であるため、記入しない。

研究成果

• [国際共同研究] University of Guelph(カナダ)
• [雑誌論文] 変異体米を用いたイネ澱粉生合成関連酵素の酵素複合体の解析 (2019)
  • 著者名/発表者名: クロフツ尚子, 三浦聡子, 林真里, 阿部奈津子, 飯塚悠莉子, 追留那緒子, 藤田直子
  • 雑誌名: 応用糖質科学 巻: 印刷中
  • 査読あり
• [雑誌論文] Rice Mutants Lacking Starch Synthase I or Branching Enzyme IIb Activity Altered Starch Biosynthetic Protein Complexes. (2018)
  • 著者名/発表者名: Crofts, N., Iizuka, Y., Abe, N., Miura, S., Kikuchi, K., Matsushima, R., Fujita, N.
  • 雑誌名: Frontiers in Plant Science 巻: 9 ページ: 1817-1817
  • DOI: 10.3389/fpls.2018.01817
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Starch Synthase IIa-Deficient Mutant Rice Line Produces Endosperm Starch With Lower Gelatinization Temperature Than Japonica Rice Cultivars (2018)
  • 著者名/発表者名: Miura Satoko、Crofts Naoko、Saito Yuhi、Hosaka Yuko、Oitome Naoko F.、Watanabe Toshiyuki、Kumamaru Toshihiro、Fujita Naoko
  • 雑誌名: Frontiers in Plant Science 巻: 9 ページ: 645-645
  • DOI: 10.3389/fpls.2018.00645
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Analyses of starch biosynthetic protein complexes and starch properties from developing mutant rice seeds with minimal starch synthase activities (2018)
  • 著者名/発表者名: Hayashi Mari、Crofts Naoko、Oitome Naoko F.、Fujita Naoko
  • 雑誌名: BMC Plant Biology 巻: 18 号: 1 ページ: 59-59
  • DOI: 10.1186/s12870-018-1270-0
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Analyses of starch biosynthetic protein complexes and starch properties from developing mutant rice seeds with minimal starch synthase activities. (2018)
  • 著者名/発表者名: Hayashi Mari, Crofts Naoko, Oitome Naoko F., Fujita Naoko
  • 雑誌名: BMC Plant Biology 巻: -
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Differences in specificity and compensatory functions among three major starch synthases determine the structure of amylopectin in rice endosperm (2017)
  • 著者名/発表者名: Crofts Naoko、Sugimoto Kyohei、Oitome Naoko F.、Nakamura Yasunori、Fujita Naoko
  • 雑誌名: Plant Molecular Biology 巻: 94 号: 4-5 ページ: 399-417
  • DOI: 10.1007/s11103-017-0614-8
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Characterization of the functional interactions of plastidial starch phosphorylase and starch branching enzymes from rice endosperm during reserve starch biosynthesis (2017)
  • 著者名/発表者名: Nakamura Yasunori、Ono Masami、Sawada Takayuki、Crofts Naoko、Fujita Naoko、Steup Martin
  • 雑誌名: Plant Science 巻: 264 ページ: 83-95
  • DOI: 10.1016/j.plantsci.2017.09.002
  • 査読あり
• [雑誌論文] Critical and speculative review of the roles of multi-protein complexes in starch biosynthesis in cereals (2017)
  • 著者名/発表者名: Crofts Naoko、Nakamura Yasunori、Fujita Naoko
  • 雑誌名: Plant Science 巻: 262 ページ: 1-8
  • DOI: 10.1016/j.plantsci.2017.05.007
  • 査読あり
• [雑誌論文] Review: Critical and speculative review of the roles of multi-protein complexes in starch biosynthesis in cereals. (2017)
  • 著者名/発表者名: Naoko Crofts, Yasunori Nakamura, Naoko Fujita
  • 雑誌名: Plant Sicence 巻: 印刷中
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Differences in specificity and compensatory functions among three major starch synthases determine the structure of amylopectin in rice endosperm (2017)
  • 著者名/発表者名: Naoko Crofts, Kyohei Sugimoto, Naoko F. Oimote, Yasunori Nakamura, Naoko Fujita
  • 雑誌名: Plant Molecular Biology 巻: 印刷中
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Characterization of the endosperm starch and the pleiotropic effects of biosynthetic enzymes on their properties in novel mutant rice lines with high resistant starch and amylose content (2017)
  • 著者名/発表者名: Yuuki Itoh, Naoko Crofts, Misato Abe, Yuko Hosaka, Nako Fujita
  • 雑誌名: Plant Sicence 巻: 258 ページ: 52-60
  • DOI: 10.1016/j.plantsci.2017.02.002
  • 査読あり
• [雑誌論文] Screening method for novel rice starch mutant lines introduced gene encoding starch synthase IIa (SSIIa) and granule-bound starch synthase I (GBSSI) genes from indica cultivar into branching enzyme IIb (BEIIb)-deficient mutant line. (2016)
  • 著者名/発表者名: Yuuki Itoh, Naoko Crofts, Misato Abe, Naoko F. Oitome, Naoko Fujita.
  • 雑誌名: Journal of Applied Glycoscience
  • 査読あり
• [雑誌論文] Deficiency of Starch Synthase IIIa and IVb Alters Starch Granule Morphology from Polyhedral to Spherical in Rice Endosperm. (2016)
  • 著者名/発表者名: Yoshiko Toyosawa, Yasushi Kawagoe, Ryo Matsushima, Naoko Crofts, Masahiro Ogawa, Masako Fukuda, Toshihiro Kumamaru, Yozo Okazaki, Miyako Kusano, Kazuki Saito, Kiminori Toyooka, Mayuko Sato, Naoko F. Oitome, Rumiko Itoh, Yongfeng Ai, Jay-Lin Jane, Yasunori Nakamura, Naoko Fujita
  • 雑誌名: Plant Physiology
  • 査読あり
• [雑誌論文] Analysis of the rice ADPglucose transporter (OsBT1) indicates the presence of regulatory processes in the amyloplast stroma that control ADPglucose flux into starch. (2016)
  • 著者名/発表者名: Bilal Cakir, Shota Shiraishi, Aytug Tuncel, Hiroaki Matsusaka, Ryosuke Satoh, Salvinder Singh, Naoko Crofts, Yuko Hosaka, Naoko Fujita, Seon-Kap Hwang, Hikaru Satoh ,Thomas W. Okita
  • 雑誌名: Plant Physiology
  • 査読あり
• [雑誌論文] Amyloplast Membrane Protein SUBSTANDARD STARCH GRAIN6 Controls Starch Grain Size in Rice Endosperm. (2016)
  • 著者名/発表者名: Ryo Matsushima, Masahiko Maekawa, Miyako Kusano, Katsura Tomita, Hideki Kondo, Hideki Nishimura, Naoko Crofts, Naoko Fujita, and Wataru Sakamoto.
  • 雑誌名: Plant Physiology
  • 査読あり
• [雑誌論文] Amylopectin biosynthetic enzymes from developing rice seed form enzymatically active protein complexes. (2015)
  • 著者名/発表者名: Crofts, N., Abe, N., Oitome, N. F., Matsushima, R., Hayashi, M., Tetlow, I. J., Emes, M. J., Nakamura, Y., Fujita, N.
  • 雑誌名: Journal of Experimental Botany 巻: 66 号: 15 ページ: 4469-4482
  • DOI: 10.1093/jxb/erv212
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] イネ澱粉生合成過程における酵素複合体の関与 (2015)
  • 著者名/発表者名: クロフツ尚子, 藤田 直子
  • 雑誌名: 応用糖質科学 巻: 5 ページ: 157-161
  • 謝辞記載あり
• [学会発表] 変異体米を用いたイネ澱粉生合成関連酵素の酵素複合体の解析 (2018)
  • 著者名/発表者名: クロフツ尚子, 三浦聡子, 林真里, 阿部奈津子, 飯塚悠莉子, 追留那緒子, 藤田直子
  • 学会等名: 日本応用糖質科学会
  • 招待講演
• [学会発表] スターチシンターゼ（SS）IIaタンパク質欠損変異体における酵素複合体の 解析と胚乳澱粉特性 (2018)
  • 著者名/発表者名: 三浦聡子, クロフツ尚子, 齋藤雄飛, 保坂優子, 追留那緒子, 渡辺紀之, 熊丸敏博, 藤田直子
  • 学会等名: 第133回 日本育種学会
• [学会発表] 高アミロース米２系統の実用化に向けて １．特徴および利用法 (2018)
  • 著者名/発表者名: 藤田直子, クロフツ尚子, 保坂優子, 阿部美里,中泉裕子
  • 学会等名: 第133回 日本育種学会
• [学会発表] 高アミロース米２系統の実用化に向けて 2. 農業形質、澱粉構造 (2018)
  • 著者名/発表者名: 川本朋彦, 柴田智, 加藤和直, 髙橋竜一,保坂優子, 阿部美里, クロフツ尚子, 三浦聡子, 追留那緒子, 藤田直子
  • 学会等名: 第133回 日本育種学会
• [学会発表] 低カロリー機能性米の実用化に向けた試み1．単回摂取ヒト試験 (2017)
  • 著者名/発表者名: 藤田直子, 齋藤雄飛, 高原美香, 保坂優子, クロフツ尚子, 渡辺紀之
  • 学会等名: 日本育種学会
  • 発表場所: 名古屋大学東山キャンパス （愛知）
  • 年月日: 2017-03-29
• [学会発表] 高アミロースかつ高難消化性澱粉を蓄積する新規変異体米系統の胚乳澱粉の解析 (2017)
  • 著者名/発表者名: 伊藤優季, クロフツ尚子, 阿部美里, 保坂優子, 三浦聡子, 藤田直子
  • 学会等名: 日本育種学会
  • 発表場所: 名古屋大学東山キャンパス （愛知）
  • 年月日: 2017-03-29
• [学会発表] 難消化性澱粉を含む低カロリー米品種の開発 4. ss3a/ss4bおよびss3a/be2bのBC3F4世代の特性調査 (2017)
  • 著者名/発表者名: 川本朋彦, 柴田智, 加藤和直, 高橋竜一, クロフツ尚子, 三浦聡子, 阿部美里, 追留那緒子, 藤田直子
  • 学会等名: 日本育種学会
  • 発表場所: 名古屋大学東山キャンパス （愛知）
  • 年月日: 2017-03-29
• [学会発表] １粒系モチコムギの変異箇所の同定および分子マーカーの構築 (2017)
  • 著者名/発表者名: 三浦聡子, クロフツ尚子, 阿部美里, 村井耕二, 岩城啓子, 藤田修三, 藤田直子
  • 学会等名: 第9回 日本応用糖質科学会東北支部会
• [学会発表] 高アミロースで難消化性の性質をもつ澱粉を蓄積する新規変異体米系統の単離および解析 (2017)
  • 著者名/発表者名: 伊藤優季, クロフツ尚子, 阿部美里, 保坂優子, 藤田直子
  • 学会等名: 第9回 日本応用糖質科学会東北支部会
• [学会発表] 主要なスターチシンターゼ（SS）活性が低下したイネ変異体における澱粉生合成関連酵素複合体の解析 (2017)
  • 著者名/発表者名: クロフツ尚子, 林真里, 三浦聡子, 藤田直子
  • 学会等名: 第66回 日本応用糖質科学会
• [学会発表] スターチシンターゼ（SS）IIaタンパク質欠損変異体の変異箇所の特定と胚乳澱粉の特性解析 (2017)
  • 著者名/発表者名: 三浦聡子, クロフツ尚子, 齋藤雄飛, 保坂優子, 追留那緒子, 渡辺紀之, 熊丸敏博, 藤田直子
  • 学会等名: 第66回 日本応用糖質科学会
• [学会発表] 難消化性澱粉を多量に含む変異体米の育種と精米を用いた食品への加工と澱粉構造の変化 (2017)
  • 著者名/発表者名: 藤田直子, 高原美香, 保坂優子, クロフツ尚子, 船木博幸
  • 学会等名: 第66回 日本応用糖質科学会
• [学会発表] スターチシンターゼ(SS)IIa欠損変異体EM204における変異箇所 検出と胚乳澱粉特性 (2017)
  • 著者名/発表者名: 三浦聡子, クロフツ尚子, 齋藤雄飛, 保坂優子, 追留那緒子, 渡辺紀之, 熊丸敏博, 藤田直子
  • 学会等名: 第152回 農芸化学会東北支部会
• [学会発表] Differences in specificity and compensatory functions among three major starch synthases in rice endosperm (2017)
  • 著者名/発表者名: Crofts Naoko, Sugimoto Kyohei, Oitome Naoko F., Nakamura Yasunori, Fujita Naoko
  • 学会等名: Starch Round Table 2017
• [学会発表] Starch synthase (SS) IIaはSSIIIaの長鎖伸長機能を相補できない (2016)
  • 著者名/発表者名: クロフツ尚子, 杉本恭兵, 追留那緒子, 中村保典, 藤田直子
  • 学会等名: 日本応用糖質科学会
  • 発表場所: 福島大学宮地茂記念館・広島県民文化センターふくやま （広島）
  • 年月日: 2016-09-14
• [学会発表] 枝作り酵素 (BE) IIb非存在下でのスターチシンターゼ (SS) アイソザイム間の競合と澱粉構造への影響 (2016)
  • 著者名/発表者名: 伊藤優季, クロフツ尚子, 阿部美里, 保坂優子 藤田直子
  • 学会等名: 日本応用糖質科学会
  • 発表場所: 福島大学宮地茂記念館・広島県民文化センターふくやま （広島）
  • 年月日: 2016-09-14
• [学会発表] スターチシンターゼSSIIIaとSSIVbが同時に欠損するとなぜ澱粉が球形に変化するのか？ (2016)
  • 著者名/発表者名: 藤田直子, 豊澤佳子, 川越靖, 松島良, クロフツ尚子, 小川雅広, 福田真子, 中村保典
  • 学会等名: 日本応用糖質科学会
  • 発表場所: 福島大学宮地茂記念館・広島県民文化センターふくやま （広島）
  • 年月日: 2016-09-14
• [学会発表] 炊飯米が高水分吸収性で低糊化温度澱粉の性質をもつスターチシンターゼSSIIa欠損変異体米の単離 (2016)
  • 著者名/発表者名: 藤田直子, 齊藤雄飛, 三浦聡子, 保坂優子, クロフツ尚子, 渡辺紀之, 熊丸敏博
  • 学会等名: 日本育種学会
  • 発表場所: 横浜市立大学
  • 年月日: 2016-03-21
• [学会発表] 難消化性澱粉を多量に含む枝作り酵素BEIIb欠損変異体系統にインディカ米由来遺伝子を導入した新規変異体米の胚乳澱粉の解析 (2016)
  • 著者名/発表者名: 伊藤優季, クロフツ尚子, 阿部美里, 藤田直子
  • 学会等名: 日本育種学会
  • 発表場所: 横浜市立大学
  • 年月日: 2016-03-21
• [学会発表] イネ可溶性スターチシンターゼ (SS) 活性を著しく低下させた二重変異体米の澱粉生合成酵素複合体の解析 (2016)
  • 著者名/発表者名: 林真里, クロフツ尚子, 児玉桃子, 中村保典, 藤田直子.
  • 学会等名: 日本育種学会
  • 発表場所: 横浜市立大学
  • 年月日: 2016-03-21
• [学会発表] CO2 Responsive CCT protein (CRCT) controls the chain-length distribution of starch from leaf sheath in rice by regulating the expression of multiple starch synthesis related enzymes (2016)
  • 著者名/発表者名: Ryutaro Morita, Naoko Crofts, Tomoko Hatanaka, Shuji Misoo, Naoko Fujita, Hiroshi Fukayama
  • 学会等名: 日本植物生理学会
  • 発表場所: 岩手大学
  • 年月日: 2016-03-18
• [学会発表] Rice starch biosynthetic enzymes from enzymatically active protein-protein complexes (2015)
  • 著者名/発表者名: Naoko Crofts, Natsuko Abe, Naoko F Oitome, Ryo Matsushima, Mari Hayashi, Ian J Tetlow, Michael J Emes, Yasunori Nakamura, Naoko Fujita.
  • 学会等名: Starch Round Table
  • 発表場所: DoubleTree, Minneapolise, USA
  • 年月日: 2015-10-15
• [学会発表] イネ胚乳におけるPho1-BEI 相互作用の澱粉合成初期過程への関与 (2015)
  • 著者名/発表者名: 中村保典, 小野雅美, 澤田隆行, クロフツ尚子, Martin Steup, 藤田直子
  • 学会等名: 日本応用糖質科学会
  • 発表場所: 奈良春日野国際フォーラム
  • 年月日: 2015-09-16
• [学会発表] Starch synthase (SS)IIa はSSI の短鎖伸長機能を部分的に相補する (2015)
  • 著者名/発表者名: クロフツ尚子, 杉本恭兵, 追留那緒子, 藤田直子
  • 学会等名: 日本応用糖質科学会
  • 発表場所: 奈良春日野国際フォーラム
  • 年月日: 2015-09-16
• [学会発表] be2b 変異体にインディカ米由来遺伝子を導入した新規変異体米の選抜と胚乳澱粉の解析 (2015)
  • 著者名/発表者名: 伊藤優季, クロフツ尚子, 阿部美里, 藤田直子
  • 学会等名: 日本応用糖質科学会
  • 発表場所: 奈良春日野国際フォーラム
  • 年月日: 2015-09-16
• [学会発表] イネ澱粉生合成関連酵素の組み合わせが異なる新規変異体米の単離のための選抜法 (2015)
  • 著者名/発表者名: 伊藤優季、クロフツ尚子、阿部美里、保坂優子、藤田直子
  • 学会等名: 日本応用糖質科学会東北支部会
  • 発表場所: 弘前大学
  • 年月日: 2015-07-11
• [産業財産権] イネ変異体、米粉、難消化性澱粉、食品及びイネ変異体の作出法 (2015)
  • 発明者名: 藤田直子、伊藤優季、クロフツ尚子、公立大学法人秋田県立大学
  • 権利者名: 藤田直子、伊藤優季、クロフツ尚子、公立大学法人秋田県立大学
  • 産業財産権種類: 特許
  • 産業財産権番号: 2015-161305
  • 出願年月日: 2015-08-18