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2019 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
キーワードシュウ酸 / イネ / メタボローム / ICL / 正逆染色体部分置換系統 / CE-QQQ-MS
研究実績の概要

本研究は稲わらの高品質化のため、稲わらの元となるイネ茎葉のシュウ酸含有量の低下を目指すとともにシュウ酸蓄積機構を明らかにするものである。
まず、イネのシュウ酸蓄積機構におけるICLの影響を調査するため、シュウ酸合成経路の1つイソクエン酸経路の主要酵素であるイソクエン酸リアーゼ(ICL)の発現解析を行った。その結果、ICLが暗処理開始後6時間でイネの葉全体において発現を開始することが明らかになり、暗所のシュウ酸蓄積にICLが寄与する可能性が示された。また、RNAi法を用いたICLノックダウン系統の作出を試み、発現が低下している個体を選抜した。
次に、イネのシュウ酸含有量の品種間差を明らかにするために、世界のイネ・コアコレクション(農研機構より分譲)のうち約60種の葉のシュウ酸含有量をCE-QQQ-MSを用いて測定した。その結果、ほぼすべてのインディカ型および熱帯ジャポニカ型のシュウ酸含有量がジャポニカ型のものよりも有意に低いことを明らかにした。
さらに、シュウ酸蓄積において遺伝子レベルで明らかにするため、コシヒカリとタカナリの正逆染色体部分置換系統を用いた代謝解析を行った。トランスクリプトーム解析の結果と併せて解析した結果、シュウ酸蓄積への影響が大きいと考えられる2か所の染色体部分置換領域においてシュウ酸蓄積候補遺伝子(アスコルビン酸ペルオキシダーゼ(APX)様遺伝子、クエン酸シンターゼ(CS)様遺伝子)を見出した。これらの遺伝子以外のシュウ酸蓄積遺伝子を探索するため、親品種とシュウ酸含有量が異なった染色体部分置換系統と親品種との戻し交雑を行い、得られたF1種子の自殖によりF2個体を得ることが出来た。

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

ICLが夜間に発現を開始することが明らかになり、夜間のシュウ酸蓄積をイソクエン酸経路が担っている可能性を示せたため。また、シュウ酸蓄積機構がコシヒカリとタカナリという2品種間だけでなく、インディカ型品種とジャポニカ型品種とで異なる可能性を見出すことが出来た。さらに、コシヒカリとタカナリの正逆染色体部分置換系統の解析からシュウ酸蓄積候補遺伝子を見出すことが出来たため。

今後の研究の推進方策

暗所におけるICLの発現がシュウ酸蓄積に及ぼす影響を明らかにする。また、RNAi法によるICLノックダウン系統を確立し、ICLの発現抑制がシュウ酸蓄積に及ぼす効果を解析する。正逆染色体部分置換系統の解析より見出されたシュウ酸蓄積候補遺伝子の解析を行うことにより、これらの遺伝子がシュウ酸蓄積に及ぼす影響を明らかにする。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種子の自殖により得られた次世代のF2種子における解析を行う。

次年度使用額が生じた理由

(理由)
COVID-19予防のため、参加予定であった学会が中止になり、また、出張が禁止となったため旅費のための予算が執行できなくなったため。
(使用計画)
次年度においても同様の事情により旅費の執行が困難である場合には、質量分析装置CE-QQQ-MS測定のための経費(試薬、抽出カラム、キャピラリ、バイアル等の購入、メンテンナンス経費など)などのほか、オンラインで参加可能な学会への発表参加や学術雑誌への投稿および印刷代などの経費として、次年度予算分として計上した研究費と併せて支出する予定である。

  • 研究成果

    (12件)

すべて 2020 2019

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

  • [雑誌論文] Plant-unique cis/trans isomerism of long-chain base unsaturation is selectively required for aluminum tolerance resulting from glucosylceramide-dependent plasma membrane fluidity.2020

    • 著者名/発表者名
      Masaya Sato, Minoru Nagano, Song Jin, Atsuko Miyagi, Masatoshi Yamaguchi, Maki Kawai-Yamada, Toshiki Ishikawa
    • 雑誌名

      Plants

      巻: 9 ページ: 19

    • DOI

      10.3390/plants9010019

    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Dehydroascorbate reductases and glutathione set a threshold for high light-induced ascorbate accumulation.2020

    • 著者名/発表者名
      Yusuke Terai, Hiromi Ueno, Takahisa Ogawa, Yoshihiro Sawa, Atsuko Miyagi, Maki Kawai-Yamada, Takahiro Ishikawa, Takanori Maruta
    • 雑誌名

      Plant Physiology

      巻: in press ページ: -

    • DOI

      10.1104/pp.19.01556

    • 査読あり / オープンアクセス
  • [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] High-yielding rice Takanari has superior photosynthetic response to a commercial rice Koshihikari under fluctuating light.2019

    • 著者名/発表者名
      Shunsuke Adachi, Yu Tanaka, Atsuko Miyagi, Makoto Kashima, Ayumi Tezuka, Yoshihiro Toya, Shunzo Kobayashi, Satoshi Ohkubo, Hiroshi Shimizu, Maki Kawai-Yamada, Rowan, F. Sage, Atsushi J. Nagano, Wataru Yamori
    • 雑誌名

      Journal of Experimental Botany

      巻: 70 ページ: 5287-5297

    • DOI

      10.1093/jxb/erz304

    • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
  • [雑誌論文] The mitochondrial alternative oxidase supports redox balance of the photosynthetic electron transport, primary metabolite balance and growth at high light.2019

    • 著者名/発表者名
      Zhenxiang Jiang, Chihiro K.A. Watanabe, Atsuko Miyagi, Maki Kawai-Yamada, Ichiro Terashima, Ko Noguchi
    • 雑誌名

      International Journal of Molecular Sciences

      巻: 20 ページ: 3067

    • DOI

      10.3390/ijms20123067

    • 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
  • [学会発表] イネのシュウ酸蓄積機構におけるイソクエン酸リアーゼの役割2020

    • 著者名/発表者名
      宮城敦子、野上宙暉、石川寿樹、山口雅利、川合真紀
    • 学会等名
      第61回日本植物生理学会年会
  • [学会発表] The metabolisms in oxalate rich-leaf beetle via gut bacteria.2019

    • 著者名/発表者名
      Atsuko Miyagi, Noriyuki Ojima, Wakako Ikeda-Ohtsubo, Maki Kawai-Yamada
    • 学会等名
      Metabolomics 2019
    • 国際学会
  • [学会発表] イネ品種間におけるシュウ酸蓄積の比較解析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37回植物細胞分子生物学会(京都)大会
  • [学会発表] イネの染色体部分置換系統を用いた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
      日本植物学会第83回大会
  • [学会発表] イネにおけるイソクエン酸リアーゼ遺伝子の発現解析2019

    • 著者名/発表者名
      野上宙暉、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83回大会
  • [学会発表] イネ正逆染色体断片置換系統におけるメタボローム解析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13回メタボロームシンポジウム

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公開日: 2021-01-27  

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