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

2020 年度 実施状況報告書

• 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 – 2022-03-31
• キーワード: シュウ酸 / イネ / メタボローム解析 / ICL / CE-QQQ-MS

研究実績の概要

本研究課題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植物のシュウ酸蓄積機構を明らかにするものである。
2019年度に植物で報告されている3つのシュウ酸合成経路の１つであるイソクエン酸経路を担うイソクエン酸リアーゼ（ICL）について暗所で発現していることを示した。そこで、通常光条件（12時間明期／12時間暗期）、恒光条件（24時間明期）、暗条件（24時間暗期）で10日間育成したイネ幼植物体の葉のシュウ酸含有量をCE-QQQ-MSを用いて測定し、暗期の長さがシュウ酸蓄積に及ぼす影響を調べた。その結果、シュウ酸含有量は暗条件＞通常条件＞恒光条件の順でシュウ酸を多く蓄積した。また、ICLの阻害剤であるイタコン酸を処理して同様の実験を行ったところ、通常光条件および暗条件で育成した場合はイタコン酸の濃度依存的にシュウ酸含有量が減少した一方で、恒光条件ではシュウ酸含有量の現象は見られなかった。これらの結果から、暗期が長ければICLの発現期間が長くなるため、その分のイソクエン酸経路を介したシュウ酸が蓄積することを示すものである。
また、2019年度にシュウ酸含有量の品種間差を比較解析した世界のイネ・コアコレクション（WRC, 農研機構）ではジャポニカ型品種のものが少なかったため、日本のイネ・コアコレクション（JRC, 同）を育成し、約50品種の植物試料を得ることができた。今後、JRCのシュウ酸含有量を測定し、WRCのデータと併せてゲノム比較解析を行うことにより、シュウ酸含有量の品種間差をもたらす遺伝子（座）の解明を目指す。

現在までの達成度 (区分)

3: やや遅れている

理由

COVID-19流行により、緊急事態宣言が発令されたことにより実験や作業が制限され、当初予定していた実験の進行が遅れたため。

今後の研究の推進方策

ICLの発現が抑制されたiRNA系統の解析を行い、ICLの発現抑制がシュウ酸含有量に及ぼす影響を明らかにする。また、コシヒカリおよびタカナリの染色体部分置換系統の解析により見つかった4つのシュウ酸候補遺伝子の解析を進める。JRCのシュウ酸含有量を測定をすすめ、ジャポニカ型品種とインディカ型品種および熱帯ジャポニカ型品種との比較解析を行う。ゲノム比較解析を行うことにより、シュウ酸含有量の品種間差をもたらす遺伝子（座）の解明を目指す。

次年度使用額が生じた理由

COVID-19のため、参加予定であった学会が中止またはオンライン開催になり、また、緊急事態宣言等により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。また、実験や作業についても支障が出たため、その分の消耗品代等の購入を控えた。
そのため、生じた次年度使用額については次年度以降に予定している学会等の参加費や質量分析等で用いる消耗品費に使用予定である。

研究成果

• [雑誌論文] Redox regulation of NADP-malate dehydrogenase is vital for land plants under fluctuating light environment. (2021)
  • 著者名/発表者名: Yuichi Yokochi, Keisuke Yoshida, Florian Hahn, Atsuko Miyagi, Ken-ichi Wakabayashi, Maki Kawai-Yamada, Andreas P. M. Weber, Toru Hisabori
  • 雑誌名: Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America 巻: 118 ページ: e2016903118
  • DOI: 10.1073/pnas.2016903118
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] The NAD kinase Slr0400 functions as a growth repressor in Synechocystis sp. PCC 6803. (2021)
  • 著者名/発表者名: Yuuma Ishikawa, Cedric Cassan, Aikeranmu Kadeer, Koki Yuasa, Nozomu Sato, Kintake Sonoike, Yasuko Kaneko, Atsuko Miyagi, Hiroko Takahashi, Toshiki Ishikawa, Masatoshi Yamaguchi, Yoshitaka Nishiyama, Yukako Hihara, Yves Gibon, Maki Kawai-Yamada
  • 雑誌名: Plant and Cell Physiology 巻: - ページ: in press
  • DOI: 10.1093/pcp/pcab023
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Altered metabolism of chloroplastic NAD kinase overexpressing Arabidopsis in response to magnesium sulfate supplementation. (2021)
  • 著者名/発表者名: Maki Kawai-Yamada, Atsuko Miyagi, Yuki Sato, Yuki Hosoi, Shin-nosuke Hashida, Toshiki Ishikawa, Masatoshi Yamaguchi
  • 雑誌名: Plant Signaling & Behavior 巻: 16 ページ: No. 1844509
  • DOI: 10.1080/15592324.2020.1844509
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Metabolome analysis of rice leaves to obtain low-oxalate strain from ion beam-mutagenised population. (2020)
  • 著者名/発表者名: Atsuko Miyagi, Takuya Saimaru, Nozomi Harigai, Yutaka Oono, Yoshihiro Hase, Maki Kawai-Yamada
  • 雑誌名: Metabolomics 巻: 16 ページ: No. 94
  • DOI: 10.1007/s11306-020-01713-y
  • 査読あり
• [雑誌論文] Phosphorus toxicity disrupts Rubisco activation and reactive oxygen species defence systems by phytic acid accumulation in leaves (2020)
  • 著者名/発表者名: Daisuke Takagi, Atsuko Miyagi, Youshi Tazoe, Mao Suganami, Maki Kawai-Yamada, Akihiro Ueda, Yuji Suzuki, Ko Noguchi, Naoki Hirotsu, Amane Makino
  • 雑誌名: Plant, Cell and Environment 巻: 43 ページ: 2033-2053
  • DOI: 10.1111/pce.13772
  • 査読あり / オープンアクセス
• [学会発表] イソクエン酸リアーゼから探るイネのシュウ酸合成機構 (2021)
  • 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62回日本植物生理学会年会
• [学会発表] 稲わらの高品質化に向けたイネのシュウ酸蓄積機構の解明 (2020)
  • 著者名/発表者名: 宮城敦子
  • 学会等名: 埼玉大学・岡山大学若手合同シンポジウム
  • 招待講演
• [学会発表] イネにおけるイソクエン酸リアーゼの発現様式とシュウ酸蓄積に及ぼす影響 (2020)
  • 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84回大会
• [学会発表] イオンビーム照射イネにおけるシュウ酸代謝解析 (2020)
  • 著者名/発表者名: 宮城敦子、西丸拓也、針谷のぞみ、大野豊、長谷純宏、川合真紀
  • 学会等名: 日本植物学会第84回大会
• [学会発表] イネのカマイラズ変異体のメタボローム解析 (2020)
  • 著者名/発表者名: 森和久、宮城敦子、石川寿樹、山口雅利、小竹敬久、川合真紀
  • 学会等名: 日本植物学会第84回大会
• [学会発表] Alteration of oxalate content in rice leaves obtained from ion beam-irradiated plants (2020)
  • 著者名/発表者名: Atsuko Miyagi, Takuya Saimaru, Nozomi Harigai, Yutaka Oono, Yoshihiro Hase, Maki Kawai-Yamada
  • 学会等名: Plant Biology 2020
  • 国際学会