高温・高CO2登熟耐性イネの開発

2015 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 15H02486
• 研究機関: 新潟大学
• 研究代表者: 三ツ井 敏明 新潟大学, 自然科学系, 教授 (70183960)
• 研究分担者: 高橋 秀行 公益財団法人岩手生物工学研究センター, 園芸資源研究部, 研究員 (00455247) ; 花城 勲 鹿児島大学, 農学部, 准教授 (30336325) ; 木下 哲 横浜市立大学, 付置研究所, 教授 (60342630)
• 研究期間 (年度): 2015-04-01 – 2019-03-31
• キーワード: 高温 / 高CO2 / コメ品質 / 玄米胴割れ / オルガネラゲノム

研究実績の概要

本研究課題においては、温度、CO2、光、湿度を制御可能な高性能閉鎖温室やバイオトロンを用いた高温・高CO2登熟性優良系統の遺伝子発現特性の解析から白濁・胴割れ米粒発生の分子メカニズムを明らかにし、高温ストレス耐性並びに高温登熟による品質低下に関わる核ゲノムおよび細胞質ゲノム遺伝子の同定・単離、さらに、単離遺伝子のコメ品質維持に対する有効性について形質転換体や突然変異体を用いて評価する。イネの高温・高CO2応答の学術的理解を進め、高温・高CO2環境に適応するイネ品種の作出技術を確立することを目的とする。平成27年度は下記の研究を行った。
米粒の白濁化メカニズムを明らかにするため、白濁部位の澱粉顆粒構造解析、プロテオームおよび澱粉グライコーム解析を行った。走査電子顕微鏡を用いて玄米の白濁化部位の澱粉顆粒を観察したところ、大きさの異なる歪な顆粒や顆粒表面に多数の小穴が見られた。特に、高温登熟米で顕著であった。高温登熟により生じた白濁粒と整粒の同じ部位からタンパク質を抽出し、トリプシン消化後、iTRAQ標識ペプチドをnanoLC-QTL-Orbitrap XLを用いたMSn解析によって白濁粒プロテオームの特徴を調べた。その結果、高温登熟白濁粒において一群の低分子量熱ショックタンパク質が活発に誘導され、澱粉生合成関連酵素タンパク質の発現が減少傾向にあった。一方で、澱粉分解酵素Amy3Eの著しい発現上昇が観察された。高温登熟によるAmyII-3 (Amy3E) をはじめとするα-アミラーゼの発現誘導は特異抗体を用いたウェスタンブロット解析でも確認された。加えて、澱粉グライコーム解析の結果、玄米白濁部の澱粉分子構造の顕著な変化はなかったが、可溶性澱粉量と遊離グルコース量の増加が見られた。以上の結果から、高温登熟による白濁化は澱粉の合成と分解のバランスが崩れたために生じたものと推察された。

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

高温登熟白濁粒の白濁部位の澱粉顆粒構造解析、プロテオームおよび澱粉グライコームを詳細に調べ、高温登熟による白濁化が澱粉の合成と分解のバランスが崩れたために生じたものであることを明らかにした。したがって、本研究課題はおおむね順調に進展していると判断される。

今後の研究の推進方策

研究計画通りに着実に研究を進める。

備考

平成27年8月 高橋秀行 日本植物細胞分子生物学会「奨励賞」受賞タイトル：「リンドウの安定生産に向けてのメタボローム解析技術の活用」

研究成果

• [雑誌論文] Molecular physiological aspects of chalking mechanism in rice grains under high-temperature stress (2016)
  • 著者名/発表者名: Toshiaki Mitsui,Hiromoto Yamakawa, Tohru Kobata
  • 雑誌名: Plant Production Science 巻: 19 ページ: 22-29
  • DOI: 10.1080/1343943X.2015.1128112
  • 査読あり / オープンアクセス / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] 高温登熟による米白濁化の分子生理機構 (2016)
  • 著者名/発表者名: 三ツ井敏明
  • 雑誌名: 化学と生物 巻: 54 ページ: 254-259
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Golgi/plastid-type manganese superoxide dismutase involved in heat-stress tolerance during grain filling of rice (2015)
  • 著者名/発表者名: Takeshi Shiraya, Taiki Mori, Tatsuya Maruyama, Maiko Sasaki, Takeshi Takamatsu, Kazusato Oikawa, Kimiko Itoh, Kentaro Kaneko, Hiroaki Ichikawa and Toshiaki Mitsui
  • 雑誌名: Plant Biotechnology Journal 巻: 13 ページ: 1251-1263
  • DOI: 10.1111/pbi.12314. Epub 2015 Jan 14.
  • 査読あり / オープンアクセス / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Suppressive effects of low seed-soaking tempretures on germination of long-term-stored rice seeds (2015)
  • 著者名/発表者名: Shigeto Itayagoshi, Seiichi Mizusawa, Osamu Kawakami, Hiroshi Shibukawa, Takeshi Takamatsu, Maiko Sasaki, Kentaro Kaneko, Toshiaki Mitsui
  • 雑誌名: Plant Production Science 巻: 18 ページ: 455-463
  • DOI: http://doi.org/10.1626/pps.18.455
  • 査読あり / オープンアクセス / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Physical interaction between peroxisomes and chloroplasts elucidated by in situ laser analysis (2015)
  • 著者名/発表者名: Kazusato Oikawa, Shigeru Matsunaga, Shoji Mano, Maki Kondo, Kenji Yamada, Makoto Hayashi, Takatoshi Kagawa, Akeo Kadota, Wataru Sakamoto, Shoichi Higashi Masakatsu Watanabe, Toshiaki Mitsui, Takanori Iino, Yoichiroh Hosokawa, Akinori Shigemasa and Mikio Nishimura
  • 雑誌名: Nature Plants 巻: 1 ページ: 15035
  • DOI: 10.1038/nplants.2015.35
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [学会発表] イネにおいて過酸化水素プライミングは環境ストレスの抵抗性を付加する (2016)
  • 著者名/発表者名: 流石有希子、鈴木浩武、栗林なな子、金古堅太郎、佐々木麻衣子、丸山達也、森太紀、白矢武士、三ツ井敏明
  • 学会等名: 日本農芸化学会2016年度大会
  • 発表場所: 札幌コンベンションセンター(北海道・札幌市）
  • 年月日: 2016-03-27 – 2016-03-30
• [学会発表] 次世代シーケンス解析に向けた高純度のイネ葉緑体DNA精製法 (2016)
  • 著者名/発表者名: 高松壮、大西孝幸、猪俣拓也、及川和聡、木下哲
  • 学会等名: 日本農芸化学会2016年度大会
  • 発表場所: 札幌コンベンションセンター(北海道・札幌市）
  • 年月日: 2016-03-27 – 2016-03-30
• [学会発表] 高温登熟乳白と酒米心白の生化学的比較解析による白濁化メカニズムの解明 (2016)
  • 著者名/発表者名: 栗林なな子、佐々木麻衣子、鈴木浩武、流石有希子、金古堅太郎、三ツ井敏明
  • 学会等名: 日本農芸化学会2016年度大会
  • 発表場所: 札幌コンベンションセンター(北海道・札幌市）
  • 年月日: 2016-03-27 – 2016-03-30
• [学会発表] 分泌経路を介して葉緑体タンパク質輸送に関するTMPsの解析 (2016)
  • 著者名/発表者名: 及川和聡、猪俣拓也、中山勇希、伊東七実子、石山隆一、谷内智子、高松壮、古賀彩、金古堅太郎、三ツ井敏明
  • 学会等名: 第57回日本植物生理学会年会
  • 発表場所: 岩手大学（岩手県・盛岡市）
  • 年月日: 2016-03-18 – 2016-03-20
• [学会発表] コシヒカリの高温登熟種子におけるタンパク質及び遺伝子の発現解析 (2016)
  • 著者名/発表者名: 白矢武士、佐藤徹、東聡志、三ツ井敏明
  • 学会等名: 第57回日本植物生理学会年会
  • 発表場所: 岩手大学（岩手県・盛岡市）
  • 年月日: 2016-03-18 – 2016-03-20
• [学会発表] 葉緑体包膜に局在するOsLACS9の解析 (2016)
  • 著者名/発表者名: 谷内智子、濱田侑紀、高松壮、石山隆一、及川和聡、古賀彩、三ツ井敏明
  • 学会等名: 第57回日本植物生理学会年会
  • 発表場所: 岩手大学（岩手県・盛岡市）
  • 年月日: 2016-03-16 – 2016-03-20
• [学会発表] 稲の高温登熟障害発生を診断できる遺伝子発現マーカーの開発 (2015)
  • 著者名/発表者名: 白矢武士、佐藤徹、東聡志、三ツ井敏明
  • 学会等名: BMB2015 (第38回日本分子生物学会年会 第88回日本生化学会大会 合同大会)
  • 発表場所: 神戸ポートアイランド（兵庫県・神戸市）
  • 年月日: 2015-12-01 – 2015-12-04
• [学会発表] 分泌経路を介してプラスチドへ輸送されるイネTMN1の解析 (2015)
  • 著者名/発表者名: 及川和聡、伊東七実子、中山勇希、石山隆一、金古堅太郎、古賀-北嶋彩、谷内智子、高松壮、三ツ井敏明
  • 学会等名: BMB2015 (第38回日本分子生物学会年会 第88回日本生化学会大会 合同大会)
  • 発表場所: 神戸ポートアイランド（兵庫県・神戸市）
  • 年月日: 2015-12-01 – 2015-12-04
• [学会発表] 水稲種子休眠とその浸種条件が種子発芽及びα-アミラーゼの発現に及ぼす影響 (2015)
  • 著者名/発表者名: 板谷越重人、水澤誠一、澁川洋、三ツ井敏明
  • 学会等名: 第36回種子生理生化学研究会年会
  • 発表場所: 美ヶ原温泉ホテル（長野県・松本市）
  • 年月日: 2015-11-06 – 2015-11-07
• [学会発表] Functional analysis of TMN1 in transporting of rice α-Amylase to plastids via secretory pathway (2015)
  • 著者名/発表者名: Kazusato Oikawa, Yuki Nakayama, Namiko Ito, Ryuichi Ishiyama, Tomoko Taniuchi, Aya Kitajima-Koga, Takeshi Takamatsu, Kentro Kaneko, Kimiko Ito and Toshiaki Mitsui
  • 学会等名: KAAB International Symposium 2015
  • 発表場所: 新潟大学（新潟市）
  • 年月日: 2015-09-29 – 2015-09-29
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] 登熟期間のCO２濃度がコメ外観品質に与える影響 (2015)
  • 著者名/発表者名: 猪俣拓也、金古堅太郎、涌井翔太郎、若松和、三ツ井敏明
  • 学会等名: 日本応用糖質科学会平成27年度大会（第64回）
  • 発表場所: 奈良春日野国際フォーラム 甍（奈良市）
  • 年月日: 2015-09-16 – 2015-09-18
• [学会発表] 光合成を効率化するオルガネラ相互作用 (2015)
  • 著者名/発表者名: 及川和聡、真野昌二、三ツ井敏明、細川陽一郎、西村幹夫
  • 学会等名: 第４回応用糖質フレッシュシンポジウム
  • 発表場所: 大阪樟蔭女子大学（東大阪市）
  • 年月日: 2015-09-15 – 2015-09-15
  • 招待講演
• [学会発表] 高CO2濃度による玄米白濁化に関する研究 (2015)
  • 著者名/発表者名: 涌井翔太郎、若松 和、猪俣拓也、金古堅太郎、三ツ井敏明
  • 学会等名: 第４回応用糖質フレッシュシンポジウム
  • 発表場所: 大阪樟蔭女子大学（東大阪市）
  • 年月日: 2015-09-15 – 2015-09-15
• [学会発表] 高温登熟耐性イネ品種NU1号の遺伝子解析 (2015)
  • 著者名/発表者名: 鈴木浩武・森 太紀・丸山達也・佐々木麻衣子・栗林なな子、流石有希子、金古堅太郎、高松 壮 、三ツ井敏明
  • 学会等名: 第４回応用糖質フレッシュシンポジウム
  • 発表場所: 大阪樟蔭女子大学（東大阪市）
  • 年月日: 2015-09-15 – 2015-09-15
• [学会発表] イネのオルガネラゲノムのリシーケンス (2015)
  • 著者名/発表者名: 大西孝幸、高松壮、及川和聡、猪俣拓也、田中啓介、古海弘康、倉田のり、小林久人、三ツ井敏明、木下哲
  • 学会等名: 日本育種学会第128回講演会
  • 発表場所: 新潟大学（新潟市）
  • 年月日: 2015-09-11 – 2015-09-12
• [学会発表] 形態変化を伴ったオルガネラ間相互作用の解析～オルガネラ間接着力測定の試み～ (2015)
  • 著者名/発表者名: 及川和聡、真野昌二、近藤真紀、坂本亘、三ツ井敏明、飯野敬短、細川陽一郎、西村幹夫
  • 学会等名: 日本植物学会第79回大会
  • 発表場所: 朱鷺メッセ（新潟市）
  • 年月日: 2015-09-06 – 2015-09-08
• [学会発表] Clarification of chalking mechanism of rice grains caused by normal and high temperature during grain filling (2015)
  • 著者名/発表者名: Nanako Kuribayashi, Maiko Sasaki, Hiromu Suzuki, Yukiko Sasuga, Kentaro Kaneko, Toshiaki Mitsui
  • 学会等名: The 5th Asian Conference on Green Technology in Agriculture
  • 発表場所: Holiday Garden Hotel and Resort（Chiang Mai, Thailand)
  • 年月日: 2015-07-19 – 2015-07-22
  • 国際学会