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イネを用いた作物の低シュウ酸化技術開発のための基盤研究

研究課題

研究課題/領域番号 22K05435
研究種目

基盤研究(C)

配分区分基金
応募区分一般
審査区分 小区分38030:応用生物化学関連
研究機関山形大学

研究代表者

宮城 敦子  山形大学, 農学部, 准教授 (00645971)

研究期間 (年度) 2022-04-01 – 2025-03-31
研究課題ステータス 交付 (2023年度)
配分額 *注記
4,160千円 (直接経費: 3,200千円、間接経費: 960千円)
2024年度: 1,170千円 (直接経費: 900千円、間接経費: 270千円)
2023年度: 1,300千円 (直接経費: 1,000千円、間接経費: 300千円)
2022年度: 1,690千円 (直接経費: 1,300千円、間接経費: 390千円)
キーワードシュウ酸 / イネ / CE-MS / ICL / エゾノギシギシ / 世界のイネ・コアコレクション / 日本のイネ・コアコレクション / GWAS / メタボローム解析 / CE-QQQ-MS
研究開始時の研究の概要

シュウ酸は、ヒトや家畜にとって有毒物質であるため、ホウレンソウや稲わら等の高シュウ酸作物の低シュウ酸化が重要課題だが、植物のシュウ酸蓄積を支配する遺伝子は未だ不明である。そこで、本研究課題では葉にシュウ酸を蓄積するイネを材料とし、シュウ酸蓄積機構の遺伝子レベルでの解明を目的とする。まず、これまでに応募者が見出したシュウ酸蓄積候補遺伝子の逆遺伝学的解析を行う。次に、シュウ酸蓄積に影響を及ぼす新規遺伝子を探索するため、シュウ酸含有量の品種間差や、重イオンビーム照射によって得られた低シュウ酸系統を利用したゲノム比較解析を行う。

研究実績の概要

本研究課題は作物におけるシュウ酸含量の低減を最終目標として、植物のシュウ酸蓄積機構の解明を目指すものである。
これまでに、我々はシュウ酸蓄積候補遺伝子の1つであるICLに関して、夜間(暗所)におけるシュウ酸蓄積に関与している可能性をRT-PCRおよびGUS染色による発現解析により示しており、また、ICL阻害剤であるイタコン酸を用いた解析でも暗所でのシュウ酸蓄積が抑制されることも示した。そこで、令和5年度はICLをノックダウンしたイネicl系統を作出し、出穂直後の止葉のサンプリングを行った。
一方で、他の植物、特に高シュウ酸植物においてもイネと同様に明暗でシュウ酸蓄積に寄与する経路が異なるかどうかは不明であった。そこで、我々はタデ科の高シュウ酸植物であるエゾノギシギシ(Rumex obtusifolius L.)を用いてイタコン酸を用いた生化学的実験を行った。すなわち、エゾノギシギシの新生葉実験系を用いてイタコン酸によるICL阻害実験を行い、CE-QQQ-MSを用いてシュウ酸含有量を測定した。その結果、イタコン酸を3週間与えた植物体の葉において、暗所ではシュウ酸蓄積量が激減したのに対し、明所ではほとんどシュウ酸含有量が減少しなかった。加えて、育成時の照度が低い場合には、明所でもイタコン酸によりシュウ酸蓄積量が抑制されることが明らかとなった。これらのことから、単子葉植物のイネだけではなく双子葉植物の高シュウ酸種でも暗所と明所でシュウ酸蓄積経路が異なること、また、光量によってシュウ酸蓄積に関わる合成経路の寄与率が異なることが本研究により初めて明らかになった。

現在までの達成度 (区分)
現在までの達成度 (区分)

2: おおむね順調に進展している

理由

昨年度の成果である、イネの葉におけるシュウ酸蓄積量の品種間差や他の代謝物含量との相関性、GWASの結果を論文として発表することができたため。
また、シュウ酸蓄積候補遺伝子に関わるイネ変異体を作出してサンプリングを行うことができたことに加え、イタコン酸処理実験によって他の植物においてもシュウ酸合成経路が昼夜で異なることを証明することもでき、光量や光質がシュウ酸合成経路の寄与率に影響する可能性も見出したため。

今後の研究の推進方策

作出したシュウ酸蓄積候補遺伝子の変異体の葉における代謝解析を行うことにより、候補遺伝子がシュウ酸蓄積に及ぼす影響を明らかにする。
光の明るさによって植物のシュウ酸蓄積経路が異なることが示唆されたため、今後は照度や光質がシュウ酸蓄積に及ぼす影響を明らかにする。また、イネの染色体部分置換系統のメタボローム解析を進めることにより、明所におけるシュウ酸蓄積に寄与する経路の特定を目指す。

報告書

(2件)
  • 2023 実施状況報告書
  • 2022 実施状況報告書
  • 研究成果

    (37件)

すべて 2024 2023 2022

すべて 雑誌論文 (8件) (うち国際共著 2件、 査読あり 8件、 オープンアクセス 7件) 学会発表 (29件) (うち国際学会 1件、 招待講演 1件)

  • [雑誌論文] Metabolic diversity analysis and genome wide assessment of oxalate accumulation in the leaves of rice (<i>Oryza sativa</i>) cultivars2024

    • 著者名/発表者名
      Miyagi Atsuko、Tanaka Nobuhiro、Shenton Matthew、Ebana Kaworu、Ohkubo Satoshi、Adachi Shunsuke、Ookawa Taiichiro、Kawai-Yamada Maki
    • 雑誌名

      Plant Biotechnology

      巻: 41 号: 1 ページ: 1-7

    • DOI

      10.5511/plantbiotechnology.23.1025a

    • ISSN
      1342-4580, 1347-6114
    • 年月日
      2024-03-25
    • 関連する報告書
      2023 実施状況報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Metabolic changes associated with dark-induced leaf senescence in Arabidopsis <i>nadk2</i> mutants2023

    • 著者名/発表者名
      Chaomurilege, Atsuko Miyagi, Toshiki Ishikawa, Masatoshi Yamaguchi, Hideki Murayama, Maki Kawai-Yamada
    • 雑誌名

      Plant Signaling & Behavior

      巻: 18 号: 1 ページ: 2215618-2215618

    • DOI

      10.1080/15592324.2023.2215618

    • 関連する報告書
      2023 実施状況報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Loss of chloroplast-localized NAD kinase causes ROS stress in Arabidopsis thaliana2023

    • 著者名/発表者名
      Chaomurilege, Yanhui Zu, Atsuko Miyagi, Shin-Nosuke Hashida, Toshiki Ishikawa, Masatoshi Yamaguchi, Maki Kawai-Yamada
    • 雑誌名

      Journal of Plant Research

      巻: 136 号: 1 ページ: 97-106

    • DOI

      10.1007/s10265-022-01420-w

    • 関連する報告書
      2022 実施状況報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Dynamic seasonal changes in photosynthesis systems in leaves of Asarum tamaense, an evergreen understorey herbaceous species2023

    • 著者名/発表者名
      Naoki Wada, Issei Kondo, Ryouichi Tanaka, Junko Kishimoto, Atsuko Miyagi, Maki Kawai-Yamada, Yusuke Mizokami, Ko Noguchi
    • 雑誌名

      Annals of Botany

      巻: 131 号: 3 ページ: 423-436

    • DOI

      10.1093/aob/mcac156

    • 関連する報告書
      2022 実施状況報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Loss of peroxisomal NAD kinase 3 (NADK3) affects photorespiration metabolism in Arabidopsis2023

    • 著者名/発表者名
      Shota Suzuki, Daimu Tanaka, Atsuko Miyagi, Kentaro Takahara, Masaru Kono, Chaomurilege, Ko Noguchi, Toshiki Ishikawa, Minoru Nagano, Masatoshi Yamaguchi, Maki Kawai-Yamada
    • 雑誌名

      Journal of Plant Physiology

      巻: 283 ページ: 153950-153950

    • DOI

      10.1016/j.jplph.2023.153950

    • 関連する報告書
      2022 実施状況報告書
    • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
  • [雑誌論文] VND-INTERACTING2 effectively inhibits transcriptional activities of VASCULAR-RELATED NAC-DOMAIN7 through a conserved sequence2022

    • 著者名/発表者名
      Ailizati Aili、Nagahage Isura Sumeda Priyadarshana、Miyagi Atsuko、Ishikawa Toshiki、Kawai-Yamada Maki、Demura Taku、Yamaguchi Masatoshi
    • 雑誌名

      Plant Biotechnology

      巻: 39 号: 2 ページ: 147-153

    • DOI

      10.5511/plantbiotechnology.22.0122a

    • ISSN
      1342-4580, 1347-6114
    • 年月日
      2022-06-25
    • 関連する報告書
      2022 実施状況報告書
    • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
  • [雑誌論文] Arabidopsis nitrate-induced aspartate oxidase gene expression is necessary to maintain metabolic balance under nitrogen nutrient fluctuation2022

    • 著者名/発表者名
      Moriaki Saito, Mineko Konishi, Atsuko Miyagi, Yasuhito Sakuraba, Maki Kawai-Yamada, Shuichi Yanagisawa
    • 雑誌名

      Communications Biology

      巻: 5 号: 1 ページ: 432-432

    • DOI

      10.1038/s42003-022-03399-5

    • 関連する報告書
      2022 実施状況報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Metabolomic analysis of rice brittle culm mutants reveals each mutant- specific metabolic pattern in each organ2022

    • 著者名/発表者名
      Atsuko Miyagi, Kazuhisa Mori, Toshiki Ishikawa, Satoshi Ohkubo, Shunsuke Adachi, Masatoshi Yamaguchi, Taiichiro Ookawa, Toshihisa Kotake, Maki Kawai-Yamada
    • 雑誌名

      Metabolomics

      巻: 18 号: 12 ページ: 96-96

    • DOI

      10.1007/s11306-022-01958-9

    • 関連する報告書
      2022 実施状況報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [学会発表] ダダチャマメにおける良食味関連QTLの同定と責任遺伝子の推定2024

    • 著者名/発表者名
      塩谷 直弘、横山 紗季、小木曽 映里、宮城 敦子、川合 真紀、星野 友紀
    • 学会等名
      日本育種学会第145回講演会
    • 関連する報告書
      2023 実施状況報告書
  • [学会発表] GWASとQTL解析を用いたイネの葉におけるシュウ酸蓄積因子の探索2024

    • 著者名/発表者名
      宮城 敦子、田中 伸裕、Matthew Shenton、江花 薫子、大久保 智司、安達 俊輔、大川 泰一郎、川合真紀
    • 学会等名
      第65回日本植物生理学会年会
    • 関連する報告書
      2023 実施状況報告書
  • [学会発表] シアノバクテリアSynechocystis sp. PCC 6803の増殖に影響を及ぼすメチルグリオキサールシンターゼ(Sll0036)の機能2024

    • 著者名/発表者名
      Kadeer Aikeranmu、Dayarathne Kaushalya、石川 優真、宮城 敦子、石川 寿樹、山口 雅利、川合 真紀
    • 学会等名
      第65回日本植物生理学会年会
    • 関連する報告書
      2023 実施状況報告書
  • [学会発表] デンプン含有作物における加熱時の炭水化物の変動ならびにβ-アミラーゼ活性に関する研究2024

    • 著者名/発表者名
      徳江 和士、矢野 裕子、太田 智哉、宮城 敦子、村山 秀樹
    • 学会等名
      園芸学会令和6年度春季大会
    • 関連する報告書
      2023 実施状況報告書
  • [学会発表] イネの正逆染色体部分置換系統を用いたシュウ酸代謝解析2023

    • 著者名/発表者名
      宮城 敦子、安達 俊輔、大川 泰一郎、川合 真紀
    • 学会等名
      第40回日本植物バイオテクノロジー学会(千葉)大会
    • 関連する報告書
      2023 実施状況報告書
  • [学会発表] 二次細胞壁形成を制御するBLH6とKNAT7の二重変異体は道管形状異常を示す2023

    • 著者名/発表者名
      関口 颯、堺 剛平、藤井 達也、川越 優衣、檜垣 匠、渡邊 慧、坂本 真吾、宮城 敦子、石川 寿樹、川合 真紀、光田 展隆、小竹 敬久、山口 雅利
    • 学会等名
      第40回日本植物バイオテクノロジー学会(千葉)大会
    • 関連する報告書
      2023 実施状況報告書
  • [学会発表] 繊維細胞分化のマスター因子の発現を制御する転写因子2023

    • 著者名/発表者名
      藤澤 りみり、清水 悠裕、坂本 真吾、光田 展隆、宮城 敦子、石川 寿樹、川合 真紀、山口 雅利
    • 学会等名
      第40回日本植物バイオテクノロジー学会(千葉)大会
    • 関連する報告書
      2023 実施状況報告書
  • [学会発表] GWASおよび代謝解析から探るイネのシュウ酸蓄積機構2023

    • 著者名/発表者名
      宮城 敦子、田中 伸裕、Matthew Shenton、江花 薫子、大久保 智司、安達 俊輔、大川 泰一郎、川合真紀
    • 学会等名
      日本植物学会第87回大会
    • 関連する報告書
      2023 実施状況報告書
  • [学会発表] CDP-コリン合成の逆遺伝学的破壊変異の次世代伝搬に係る雄性および雌性配偶子の戦術的な違いについて2023

    • 著者名/発表者名
      和田 百々香、久賀 千晶、厚沢 季美江、宮城 敦子、石 川 寿樹、山口 雅俊、金子 康子、川合 真紀、西田 生郎
    • 学会等名
      日本植物学会第87回大会
    • 関連する報告書
      2023 実施状況報告書
  • [学会発表] モチ米の香気および食味成分における品種間比較2023

    • 著者名/発表者名
      冨塚 彩英、渡辺 陽紀、太田 智弥、渡部 貴美子、宮城 敦子、川合 真紀、村山 秀樹
    • 学会等名
      第17回メタボロームシンポジウム
    • 関連する報告書
      2023 実施状況報告書
  • [学会発表] Molecular analysis of NAD kinase genes in oleaginous algae Nannochloropsis oceanica2023

    • 著者名/発表者名
      Suzuki K, Hayashi E, Ohashi S, Ishikawa T, Miyagi A, Yamaguchi M, Kawai-Yamada M
    • 学会等名
      The 9th Asian-Oceanian Symposium on Plant Lipids
    • 関連する報告書
      2023 実施状況報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] ダダチャマメにおける早期開花遺伝子の推定と食味関連QTLsとの関係性2023

    • 著者名/発表者名
      塩谷 直弘、横山 紗季、小木曽 映里、宮城 敦子、川合 真紀、星野 友紀
    • 学会等名
      東北植物学会第13回大会
    • 関連する報告書
      2023 実施状況報告書
  • [学会発表] ダダチャマメの良食味に関わるQTLとその責任遺伝子の推定2023

    • 著者名/発表者名
      塩谷 直弘、横山 紗季、小木曽 映里、宮城 敦子、川合 真紀、星野 友紀
    • 学会等名
      第18回東北育種研究集会
    • 関連する報告書
      2023 実施状況報告書
  • [学会発表] メタボローム解析から探るイネのカマイラズ変異体の代謝変動2023

    • 著者名/発表者名
      宮城敦子,森 和久,石川 寿樹,大久保 智司,安達 俊輔,大川 泰一郎,山口 雅利,小竹 敬久,川合 真紀
    • 学会等名
      第64回日本植物生理学会年会
    • 関連する報告書
      2022 実施状況報告書
  • [学会発表] セイヨウナシ果皮の光合成が果実の糖代謝に及ぼす影響2023

    • 著者名/発表者名
      青木 若菜,宮城 敦子,川合 真紀,村山 秀樹
    • 学会等名
      第64回日本植物生理学会年会
    • 関連する報告書
      2022 実施状況報告書
  • [学会発表] 環境要因が結球性レタスの代謝に及ぼす影響2022

    • 著者名/発表者名
      宮城 敦子、内宮 博文、川合 真紀
    • 学会等名
      第70回質量分析総合討論会
    • 関連する報告書
      2022 実施状況報告書
  • [学会発表] 有用セラミド生産法の開発に向けたスフィンゴ糖脂質糖転移酵素欠損変異体の解析2022

    • 著者名/発表者名
      鈴木 雄介,宮城 敦子,山口 雅利,川合 真紀,石川 寿樹
    • 学会等名
      第39回日本植物バイオテクノロジー学会(堺)大会
    • 関連する報告書
      2022 実施状況報告書
  • [学会発表] シアノバクテリアSynechocystis sp. PCC 6803のメチルグリオキサールシンターゼ(Sll0036)の機能解析2022

    • 著者名/発表者名
      アキラム カーディル,石川 優真,山口 雅利, 石川 寿樹,宮城 敦子,川合 真紀
    • 学会等名
      第39回日本植物バイオテクノロジー学会(堺)大会
    • 関連する報告書
      2022 実施状況報告書
  • [学会発表] 油脂産生微細藻類ナンノクロロプシスのNAD(P)(H)合成経路の解析2022

    • 著者名/発表者名
      林 英里香,鈴木 耕陽,宮城 敦子,石川 寿樹,山口 雅利,川合 真紀
    • 学会等名
      第39回日本植物バイオテクノロジー学会(堺)大会
    • 関連する報告書
      2022 実施状況報告書
  • [学会発表] タバコ一過発現系を用いたスフィンゴ脂質分解酵素遺伝子の探索2022

    • 著者名/発表者名
      真田 昇,Rumana Yesmin Hasi,田中 保, 今井 博之,宮城 敦子,山口 雅利,川合 真紀,石川 寿樹
    • 学会等名
      第39回日本植物バイオテクノロジー学会(堺)大会
    • 関連する報告書
      2022 実施状況報告書
  • [学会発表] KNOX転写因子KNAT7の欠損変異体における道管形状異常の原因解明2022

    • 著者名/発表者名
      関口 颯,堺 剛平,藤井 達也,川越 優衣, 檜垣 匠,宮城 敦子,石川 寿樹,川合 真紀,山口 雅利
    • 学会等名
      第39回日本植物バイオテクノロジー学会(堺)大会
    • 関連する報告書
      2022 実施状況報告書
  • [学会発表] NAD を高蓄積した微細藻類の作出2022

    • 著者名/発表者名
      石田 快,小乾 彰紘,中谷 正義,篠原 結子,上野 登輝夫,宮城 敦子,石川 寿樹, 川合 真紀
    • 学会等名
      第39回日本植物バイオテクノロジー学会(堺)大会
    • 関連する報告書
      2022 実施状況報告書
  • [学会発表] 繊維細胞分化のマスター因子の発現制御機構解析2022

    • 著者名/発表者名
      藤澤 りみり,清水 悠裕,坂本 真吾,光田 展隆,宮城 敦子,石川 寿樹,川合 真紀
    • 学会等名
      第39回日本植物バイオテクノロジー学会(堺)大会
    • 関連する報告書
      2022 実施状況報告書
  • [学会発表] 植物の代謝物組成が植食性昆虫の寄主選択に及ぼす影響2022

    • 著者名/発表者名
      宮城敦子
    • 学会等名
      第16回メタボロームシンポジウム
    • 関連する報告書
      2022 実施状況報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] 植物の環境応答における NAD(P)(H)バランス制御2022

    • 著者名/発表者名
      川合 真紀,白 朝木日楽格,宮城 敦子
    • 学会等名
      日本植物学会第86回大会
    • 関連する報告書
      2022 実施状況報告書
  • [学会発表] シロイヌナズナ葉緑体局在性NADキナーゼ(NADK2)のN領域の解析2022

    • 著者名/発表者名
      朝木日楽格,爼 艶慧,橋田 慎之介,宮城 敦子,石川 寿樹,山口 雅利,川合 真紀
    • 学会等名
      日本植物学会第86回大会
    • 関連する報告書
      2022 実施状況報告書
  • [学会発表] イネ品種間差を利用した シュウ酸蓄積因子の探索2022

    • 著者名/発表者名
      宮城 敦子,田中 伸裕, Matthew Shenton,江花 薫子, 大久保 智司,安達 俊輔,大 川 泰一郎,川合 真紀
    • 学会等名
      日本植物学会第86回大会
    • 関連する報告書
      2022 実施状況報告書
  • [学会発表] シロイヌナズナnadk2復帰変異体の原因遺伝子の同定と解析2022

    • 著者名/発表者名
      明石 一樹,宮城 敦子,石川 寿樹,山口 雅利,川合 真紀
    • 学会等名
      日本植物学会第86回大会
    • 関連する報告書
      2022 実施状況報告書
  • [学会発表] C4種Flaveria bidentisの葉緑体型NADキナーゼ(FbNADK2a,FbNADK2b)の機能解析2022

    • 著者名/発表者名
      鈴木 沙也加,田中 雅美,宮城 敦子,石川 寿樹,山口 雅利,川合 真紀
    • 学会等名
      日本植物学会第86回大会
    • 関連する報告書
      2022 実施状況報告書

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公開日: 2022-04-19   更新日: 2024-12-25  

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