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2019 年度 実績報告書

米澱粉の分子構造と物性を制御するメカニズムの解明

研究課題

研究課題/領域番号 18J40020
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) 2018-07-01 – 2022-03-31
キーワードイネ / アミロース / アミロペクチン / 糯 / 糊化温度 / 物性
研究実績の概要

アミロース含量はGranule-bound starch synthase I (GBSSI) の発現量と直結しており、インディカ米はGBSSIの発現量が高く(GBSSI) 高アミロース(約25%)である。ジャポニカ米はGBSSIの発現が低く(GBSSIL)低アミロース(約16%)であり、モチ米はGBSSIの欠損により(gbss1)アミロースを含まない。
一方、アミロペクチンの分岐鎖の長短は糊化温度に直結し、主にStarch synthase IIa(SSIIa)が制御している。インディカ米は高活性型(SSIIa)のSSIIaを持つためアミロペクチンの分岐鎖が長く糊化温度が高く、ジャポニカ米のSSIIaは低活性型(SSIIaL)であるためアミロペクチンの分岐鎖が短く糊化温度が低い。昨年度の研究成果より、SSIIaが欠失したジャポニカ米は分岐差がさらに短くなり糊化温度も低下することが明らかになっている。
本研究では、SSIIaとGBSSIの強弱や有無が異なる組合せの新規イネ変異体をもちいて、澱粉生合成関連酵素の酵素間相互作用と澱粉構造や物性の関係を明確にすることを最終目標として、(1)登熟種子から抽出した可溶性タンパク質に含まれる澱粉生合成関連酵素複合体の分子量や構成変化明らかにし、(2)完熟種子のアミロペクチンの分岐構造およびアミロース含量の測定、(3)澱粉の物性測定を行う。
平成31年度は、SSIIaとGBSSIの強弱や有無が物性に与える影響を明らかにすることを目的として、GBSSIが欠損した糯米かつSSIIaが高活性型・低活性型のイネ系統 (gbss1/SSIIa, gbss1/SSIIaL)を用いて、餅の粘弾性や硬化速度を測定するための条件(餅を作る際の加水量、冷却時間、粘弾性の測定条件)を確立した。

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

SSIIaとGBSSIの強弱や有無が物性に与える影響を明らかにすることを目的として、GBSSIが欠損した糯米かつSSIIaが高活性型・低活性型のイネ系統 (gbss1/SSIIa, gbss1/SSIIaL) を用いて、餅の粘弾性や硬化速度を測定するための条件(餅を作る際の加水量、冷却時間、粘弾性の測定条件)を確立することができたため。
上記2系統の餅の「応力」や「伸び」は加水量によっても違いが出たが、両方の系統を同じ条件で測定するためには、加水量が少なすぎても多すぎても装置の測定範囲に収まらず、最終的に加水量は澱粉重量の1.5倍量が最適であることが明らかになった。
また、餅を冷却し「応力」の経時変化を測定したところ、gbss1/SSIIaLで作成した餅は72時間冷却後も「応力」が約1 Nと軟らかさを持続した。一方、gbss1/SSIIaで作成した餅は、冷却後数時間で徐々に硬さが増し、6時間後は約3N、24時間は約100 N、48時間後で約200 Nと頭打ちとなり、冷却後の「応力」が飛躍的に増し硬い餅となった。冷却後の餅の「伸び」を測定したところ、gbss1/SSIIaLで作成した餅は72時間冷却した後も冷却直後と同様に約40cm伸びた。一方、gbss1/SSIIaで作成した餅は、作成直後は約50 cm伸びたものの、冷却6時間後は約30cmと伸びが悪くなり、それ以降は全く伸びなかった。以上のことから、餅の硬化性や粘弾性にはSSIIaの活性の強弱が大きく影響することが明確になった。

今後の研究の推進方策

今年度、新たにSSIIaを完全に欠損した糯系統 (gbss1/ss2a) の単離に成功した。来年度は種子を増産し、澱粉構造や糊化温度を明確にする。また、増産した種子を用いて餅を作成し、物性測定を行う。SSIIa活性が欠失したgbss1/ss2aの餅は、SSIIaが低活性型であるgbss1/SSIIaLの餅よりも軟らかくなるか、冷却しても硬くなりにくいか、伸びがよいか、透明であるかといった点を明確にする。

  • 研究成果

    (17件)

すべて 2020 2019

すべて 雑誌論文 (4件) (うち査読あり 2件、 オープンアクセス 2件) 学会発表 (13件) (うち国際学会 3件、 招待講演 2件)

  • [雑誌論文] 米の澱粉構造制御機構の解明に向けて:澱粉生合成過程で形成される酵素 複合体の解明2020

    • 著者名/発表者名
      クロフツ尚子
    • 雑誌名

      応用糖質科学

      巻: 10 ページ: 29~35

  • [雑誌論文] Three Major Nucleotide Polymorphisms in the <i>Waxy</i> Gene Correlated with the Amounts of Extra-long Chains of Amylopectin in Rice Cultivars with S or L-type Amylopectin2019

    • 著者名/発表者名
      Crofts Naoko、Itoh Ayaka、Abe Misato、Miura Satoko、Oitome Naoko F.、Bao Jinsong、Fujita Naoko
    • 雑誌名

      Journal of Applied Glycoscience

      巻: 66 ページ: 37~46

    • DOI

      10.5458/jag.jag.JAG-2018_005

    • 査読あり / オープンアクセス
  • [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: 9 ページ: 76~82

  • [雑誌論文] 分子マーカーを用いたイネ品種育成と品種鑑定2019

    • 著者名/発表者名
      藤田直子, 三浦聡子, クロフツ尚子, 中村保典
    • 雑誌名

      秋田県立大学ウェブジャーナルB

      巻: 6 ページ: 58~62

    • 査読あり / オープンアクセス
  • [学会発表] インディカ米由来のスターチシンターゼ (SS) IIaはsugary-1形質の一部を補う2020

    • 著者名/発表者名
      藤田直子, 佐藤芳樹, 三浦聡子, 保坂優子, 阿部美里, クロフツ尚子
    • 学会等名
      第137回 日本育種学会
  • [学会発表] 枝作り酵素 (BE) IとIIbが 欠損した二重変異体米の胚乳澱粉とレジスタントスターチ (RS) の特性2020

    • 著者名/発表者名
      三浦聡子, 幸山奈那, クロフツ尚子, 保坂優子, 阿部美里, 藤田直子
    • 学会等名
      第137回 日本育種学会
  • [学会発表] Waxy遺伝子の三カ所の塩基置換がイネ胚乳のアミロペクチン超長鎖含量に関係する2019

    • 著者名/発表者名
      クロフツ尚子
    • 学会等名
      第11回 日本応用糖質科学会東北支部会 奨励賞受賞講演
    • 招待講演
  • [学会発表] 難消化性澱粉(RS)を多く含む 「ちくし粉85号」の胚乳澱粉及び澱粉生合成関連酵素の解析2019

    • 著者名/発表者名
      三浦聡子, クロフツ尚子, 保坂優子, 松島良, 和田卓也, 藤田直子
    • 学会等名
      第11回 日本応用糖質科学会東北支部会
  • [学会発表] スターチシンターゼ (SS) アイソザイムの欠損, 発現の強弱と澱粉粒形態の関係2019

    • 著者名/発表者名
      藤田直子, 土門安沙香, 保坂優子, 追留那緒子, 三浦聡子, クロフツ尚子
    • 学会等名
      第68回 日本応用糖質科学会
  • [学会発表] インディカ米由来のスターチシンターゼIIa (SSIIa) と澱粉粒結合型スターチシンターゼ (GBSSI) はジャポニカ米由来のIsoamylase I欠失変異体 (isa1) の澱粉粒形質を一部回復する2019

    • 著者名/発表者名
      クロフツ尚子, 佐藤芳樹, 三浦聡子, 藤田直子
    • 学会等名
      第68回 日本応用糖質科学会
  • [学会発表] イネ栄養器官で特異的に発現するスター地シンターゼ (SS) IIIbの機能解析2019

    • 著者名/発表者名
      森田隆太郎, 三浦聡子, クロフツ尚子, 青木直大, 深山浩, 藤田直子
    • 学会等名
      第68回 日本応用糖質科学会
  • [学会発表] 難消化性澱粉を多く含み, 澱粉構造が異なる5つの枝作り酵素 (BE) IIb変異体米の解析2019

    • 著者名/発表者名
      三浦聡子, 菊池佳奈, クロフツ尚子, 保坂優子, 阿部美里, 松島良, 藤田直子
    • 学会等名
      第68回 日本応用糖質科学会
  • [学会発表] 難消化性澱粉を保有するイネ澱粉構造変異系統の胚乳特性解析2019

    • 著者名/発表者名
      和田卓也, 松島良, 藤田直子, 三浦聡子, クロフツ尚子, 保坂優子, 永松志郎, 熊丸敏博
    • 学会等名
      第68回 日本応用糖質科学会
  • [学会発表] 米の澱粉構造制御機構の解明に向けて:澱粉生合成過程で形成される酵素複合体の解明2019

    • 著者名/発表者名
      クロフツ尚子
    • 学会等名
      第68回 日本応用糖質科学会 奨励賞受賞講演
    • 招待講演
  • [学会発表] Loss of branching enzyme IIb activity altered starch biosynthetic protein complexes in rice endosperm.2019

    • 著者名/発表者名
      Naoko Crofts, Yuriko Iizuka, Natsuko Abe, Satoko Miura,Ryo Matsushima, Naoko Fujita
    • 学会等名
      Starch Round Table 2019
    • 国際学会
  • [学会発表] Analysis of enzyme complex and characterization of endosperm starch for rice mutant deficient in starch synthase IIa protein.2019

    • 著者名/発表者名
      Satoko Miura, Naoko Crofts, Yuko Hosaka, Naoko F Oitome, Misato Abe, Naoko Fujita
    • 学会等名
      Starch Round Table 2019
    • 国際学会
  • [学会発表] Starch synthase   (SS) IIa from indica rice partially complements the sugary-1 phenotype in japonica rice endosperm.2019

    • 著者名/発表者名
      Yoshiki Satoh, Naoko Crofts, Satoko Miura, Yuko Hosaka, Misato Abe, Naoko Fujita
    • 学会等名
      Starch Round Table 2019
    • 国際学会

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公開日: 2021-01-27  

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