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2018 年度 実施状況報告書

メタボローム解析から探る稲わら高品質化のためのシュウ酸蓄積分子機構

研究課題

研究課題/領域番号 18K14386
研究機関埼玉大学

研究代表者

宮城 敦子  埼玉大学, 理工学研究科, 助教 (00645971)

研究期間 (年度) 2018-04-01 – 2021-03-31
キーワードイネ / シュウ酸 / ICL / 染色体部分置換系統 / CE-QQQ-MS
研究実績の概要

本研究課題は、イネ茎葉におけるシュウ酸蓄積機構の解明により、稲わらを低シュウ酸化することで飼料としての価値向上を目指すための基盤研究として行った。
本年度は、植物のシュウ酸合成経路の1つであるイソクエン酸経路の主要酵素「イソクエン酸リアーゼ(ICL)」の発現解析を行った。暗所におけるイネ(ニッポンバレ)のRT-PCRを用いたICLの発現解析およびICL promoter-GUS系統イネを用いた局在解析により、暗所における幼植物体の地上部全体でICLが発現することが示された。
次に、シュウ酸含有量が異なる2品種コシヒカリおよびタカナリを用いてシュウ酸蓄積に影響を及ぼす染色体領域の特定を行った。2品種の染色体部分置換系統(80 CSSLs)において、精度を高めるために前年度以上にサンプル数を大幅に増やしてシュウ酸含有量の測定を行った。その結果、シュウ酸含有量が親品種と異なる複数の染色体置換系統を見出し、シュウ酸に影響を及ぼす5か所の染色体領域を特定した。このうち、最もシュウ酸含有量に影響を及ぼす2か所の染色体領域の部分置換が起こっているそれぞれのCSSLsについて、CE-QQQ-MSを用いてシュウ酸以外の有機酸についても測定を行うことにより、染色体部分置換がシュウ酸周辺の代謝物に及ぼす影響を調べた。その結果クエン酸やアスコルビン酸など、一部の有機酸においてコシヒカリとタカナリの中間の含有量を示すなど、染色体部分置換がシュウ酸前駆物質の含有量に影響を及ぼすことが示された。

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

コシヒカリおよびタカナリのCSSLsを用いた解析により、シュウ酸蓄積に影響を及ぼす領域を5か所に絞り込むことが出来たため。また、ICLの発現に関して、種子の登塾に伴い発現が増加し、また、吸水後の発芽準備期に入るとICLの発現が抑制されるという、ICLに関する新たな知見が得られたため。

今後の研究の推進方策

前年度までにRNAi法により作出したイネよりICLノックダウンイネを選抜し、ICLノックダウンイネ系統の確立を行う。ICLノックダウン系統イネの葉のシュウ酸含有量の測定、ICL遺伝子の発現がシュウ酸蓄積に及ぼす影響を明らかにする。さらに、ICL遺伝子のノックアウト系統および高発現系統を作出し、その成長解析およびシュウ酸含有量の測定を行うことにより、より詳細なICLの生理機能解析を行う。
また、親品種とシュウ酸含有量の異なる染色体部分置換系統のメタボローム解析を行うことにより、特定の染色体領域がシュウ酸およびその周辺代謝に及ぼす影響を明らかにする。また、シュウ酸蓄積量に影響を及ぼす遺伝子座の特定を行うため、親品種との戻し交雑によって得られたF1種子の播種を行い、自殖により得られる次世代のF2種子における解析を行う。

次年度使用額が生じた理由

本研究課題の遂行に必須な主力装置であるCE-QQQ-MSの一部装置の不調によりメタボローム解析が遅れ、CE-QQQ-MS関連消耗品購入の支出額が抑制されたため。
CE-QQQ-MSを用いたメタボローム解析における前年度の遅延分に関して、本年度予算分として計上した研究費を次年度予算分と併せて支出予定である。

  • 研究成果

    (11件)

すべて 2019 2018

すべて 雑誌論文 (5件) (うち国際共著 1件、 査読あり 5件、 オープンアクセス 2件) 学会発表 (6件) (うち国際学会 2件、 招待講演 1件)

  • [雑誌論文] One of the NAD kinases, sll1415, is required for the glucose metabolism of Synechocystis sp. PCC 6803.2019

    • 著者名/発表者名
      Yuuma Ishikawa, Atsuko Miyagi, Toshiki Ishikawa, Minoru Nagano, Masatoshi Yamaguchi, Yukako Hihara, Yasuko Kaneko, Maki Kawai-Yamada
    • 雑誌名

      the Plant Journal

      巻: 98 ページ: 654-666

    • DOI

      10.1111/tpj.14262

    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Oxalate contents in leaves of two rice cultivars grown at a free-air CO2 enrichment (FACE) site.2019

    • 著者名/発表者名
      Atsuko Miyagi, Ko Noguchi, Takeshi Tokida, Yasuhiro Usui, Hirofumi Nakamura, Hidemitsu Sakai, Toshihiro Hasegawa, Maki Kawai-Yamada
    • 雑誌名

      Plant Production Science

      巻: 22 ページ: 407-411

    • DOI

      10.1080/1343943X.2019.1598272

    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Metabolic and biochemical responses of Potamogeton anguillanus Koidz. (Potamogetonaceae) to low oxygen conditions2019

    • 著者名/発表者名
      Mahfuza Parveen, Atsuko Miyagi, Maki Kawai-Yamada, Md H. Rashid and Takashi Asaeda
    • 雑誌名

      Journal of Plant Physiology

      巻: 232 ページ: 171-179

    • DOI

      10.1016/j.jplph.2018.11.023

    • 査読あり / 国際共著
  • [雑誌論文] Effects of inactivation of the cyAbrB2 transcription factor together with glycogen synthesis on cellular metabolism and free fatty acid production in the cyanobacterium Synechocystis sp. PCC 68032018

    • 著者名/発表者名
      Yuta Kodama, Akihito Kawahara, Atsuko Miyagi, Toshiki Ishikawa, Maki Kawai-Yamada, Yasuko Kaneko, Yasushi Takimura and Yukako Hihara
    • 雑誌名

      Biotechnology and Bioengineering

      巻: 115 ページ: 2974-2985

    • DOI

      10.1002/bit.26842

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Ferredoxin/thioredoxin system plays an important role in the chloroplastic NADP status of Arabidopsis2018

    • 著者名/発表者名
      Shin‐nosuke Hashida, Atsuko Miyagi, Maho Nishiyama, Keisuke Yoshida, Toru Hisabori, Maki Kawai‐Yamada
    • 雑誌名

      The Plant Journal

      巻: 95 ページ: 947-960

    • DOI

      10.1111/tpj.14000

    • 査読あり
  • [学会発表] イネ品種間差を利用したメタボローム解析によるシュウ酸蓄積機構の解明2019

    • 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60回日本植物生理学会年会
  • [学会発表] メタボローム解析から探るイネのシュウ酸代謝機構2018

    • 著者名/発表者名
      宮城敦子
    • 学会等名
      第12回メタボロームシンポジウム
    • 招待講演
  • [学会発表] イネにおけるイソクエン酸リアーゼ(ICL)における生理機能解析2018

    • 著者名/発表者名
      宮城敦子、西丸拓也、尾﨑莉沙子、石川寿樹、山口雅利、川合真紀
    • 学会等名
      日本植物学会第82回大会
  • [学会発表] Screening of low oxalate rice plants from ion beam-irradiated seeds2018

    • 著者名/発表者名
      Atsuko Miyagi, Takuya Saimaru, Nozomi Harigai, Toshiki Ishikawa, Masatoshi Yamaguchi,
    • 学会等名
      16th International Symposium on Rice Functional Genomics
    • 国際学会
  • [学会発表] イネにおける染色体部分置換がシュウ酸蓄積に及ぼす影響2018

    • 著者名/発表者名
      宮城敦子、安達俊輔、野口航、常田岳志、臼井靖浩、中村浩史、酒井英光、長谷川利拡、山本敏夫、大川泰一郎、川合真紀
    • 学会等名
      第36回日本植物細胞分子生物学会大会
  • [学会発表] Impact of ion beam-irradiation on metabolisms in oxalate rich plant2018

    • 著者名/発表者名
      Atsuko Miyagi, Sayaka Kitano, Yutaka Oono, Yoshihiro Hase, Issay Narumi, Masatoshi Yamaguchi, Maki Kawai-Yamada
    • 学会等名
      Plant Biology 2018
    • 国際学会

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公開日: 2019-12-27  

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