イネの生殖過程における金属制御機構の解明

2009 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 20780047
• 研究機関: 宇都宮大学
• 研究代表者: 高橋 美智子 宇都宮大学, 農学部, 准教授 (90345182)
• キーワード: 植物 / 発生・分化 / 発現制御 / 金属栄養 / ストレス

研究概要

鉄、亜鉛、銅、などの金属元素は動植物の生育にとって必須である。特に生殖成長や胚発生時の形態形成にはこれらの金属元素が重要な役割を果たすと考えられる。本研究は植物における金属栄養と生殖成長、形態形成および種子成熟との関わりを明らかにすることを目的とした。具体的には、鉄、亜鉛、銅などの金属元素と生殖成長や種子の成熟とを結ぶ物質と考えられる金属キレーターニコチアナミン、他の金属キレート化合物、金属タンパク質、金属のトランスポーターに焦点をあて、生殖器官への金属元素の輸送システムを探るとともに、輸送後の細胞内における金属元素の制御機構を明らかにすることを目的とした。イネの種子成熟過程の子房を12段階にわけて収集し各段階に応じて代謝化合物や遺伝子を抽出した。これらすべての段階の抽出物を材料としてメタボローム解析、およびマイクロアレイ解析を行った。その結果、金属結合能をもつ有機酸濃度が生育段階に応じてに変化することが分かった。また、アミノ酸が主として3パターンの変化をすることが明らかになった。玄米に多く含まれるとされてきたGABAの濃度はむしろ種子成熟に伴って低下することが分かった。さらに糖代謝産物は種子成熟の中期に濃度が高まることが明らかになった。遺伝子発現の変化もこれら代謝産物の変化と関連して変化していた。これらのことからイネ種子成熟過程において、ニコチアナミンのみでなく他の有機酸や代謝化合物の重要性が明らかになった。

研究成果

• [雑誌論文] 高等植物におけるニコチアナミンの機能解析と有用作物の作出 (2010)
  • 著者名/発表者名: 高橋美智子
  • 雑誌名: 農林水産技術研究ジャーナル 33 ページ: 54-57
• [雑誌論文] Rice metal-nicotianamine transporter, OsYSL2, is required for long distance transport of iron and manganese (2010)
  • 著者名/発表者名: Ishimaru Y., Masuda H., Bashir K., Inoue H., Tsukamoto T., Takahashi M., Nakanishi H., Aoki N., Hirose T., Ohsugi R., Nishizawa NK.
  • 雑誌名: Plant J. (In press)
  • 査読あり
• [雑誌論文] In vivo analysis of metal distribution and expression of metal transporters in rice seed during germination process by microarray and X-ray Fluorescence Imaging of Fe, Zn, Mn, and Cu (2009)
  • 著者名/発表者名: Takahashi, M., Nozoye, T., Kitajima, N., Fukuda, N., Hokura, A., Terada, Y., Nakai, I., Ishimaru, Y., Kobayashi, T., Nakanishi, H., Nishizawa, NK.
  • 雑誌名: Plant Soil 325 ページ: 39-51
  • 査読あり
• [雑誌論文] OsYSL18 is a rice iron(III)-deoxymugineic acid transporter specifically expressed in reproductive organs and phloem of lamina joints (2009)
  • 著者名/発表者名: Aoyama T., Kobayashi T., Takahashi M., Nagasaka S., Usuda K., Kakei Y., Ishimaru Y., Nakanishi H., Mori S., Nishizawa NK.
  • 雑誌名: Plant Mol.Biol. 70 ページ: 681-692
  • 査読あり
• [雑誌論文] The rice transcription factor IDEF1 is essential for the early response to iron deficiency and induces vegetative expression of late embryogenesis abundant genes (2009)
  • 著者名/発表者名: Kobayashi, T., Nakanishi I.R., Ogo, Y., Kakei, Y., Nakanishi, H., Takahashi, M., Nishizawa, NK.
  • 雑誌名: Plant J. 60 ページ: 948-961
  • 査読あり
• [雑誌論文] Time course analysis of gene expression over 24 hours in Fe-deficient barley roots (2009)
  • 著者名/発表者名: Nagasaka S, Takahashi M, Itai RN, Bashir K, Nakanishi H, Mori S, Nishizawa NK.
  • 雑誌名: Plant Mol.Biol. 169 ページ: 621-631
  • 査読あり
• [雑誌論文] Rice OsYSL15 is an iron-regulated iron(III)-deoxymugineic acid transporter expressed in the roots and is essential for iron uptake in early growth of the seedlings (2009)
  • 著者名/発表者名: Inoue H., Kobayashi T., Nozoye T., Takahashi M., Kakei Y., Suzuki K., Nakazone M., Nakanishi H., Mori S., Nishizawa NK.
  • 雑誌名: J.Biol.Chem. 284 ページ: 3470-3479
  • 査読あり
• [雑誌論文] A highly sensitive, quick, and simple quantification method for nicotianamine and 2'-deozymugineic acid from minimum samples using LC/ESl-TOF-MS achieves functional analysis of these components in plants (2009)
  • 著者名/発表者名: Kakei Y, Yamaguchi I, Kobayashi T, Takahashi, M, Nakanishi H, Yamakawa T, Nishizawa NK.
  • 雑誌名: Plant Cell Physiol. 50 ページ: 1988-1993
  • 査読あり
• [雑誌論文] Overexpression of the barley nicotianamine synthase gene HvNAS1 increases iron and zinc concentrations in rice grains (2009)
  • 著者名/発表者名: Masuda H., Usuda K, Kobayashi T., Ishimaru Y, Kakei Y, Takahashi M, Higuchi K, Nakanishi H., Mori S, Nishizawa NK.
  • 雑誌名: Rice 2 ページ: 155-166
  • 査読あり
• [学会発表] イネの種子成熟過程における遺伝子発現およびメタボローム解析 (2010)
  • 著者名/発表者名: 高橋美智子、臼田華奈子、草野都子、及川彰、斉藤和季、平井優美、西澤直子
  • 学会等名: 第51回日本植物生理学会年会
  • 発表場所: 熊本大学
  • 年月日: 2010-03-21
• [学会発表] In vivo analysis of metal distribution in rice seeds during the germination process using X-ray fluorescence imaging of Fe, Zn, Mn, and Cu (2009)
  • 著者名/発表者名: Michiko Takahashi, Tomoko Nozoye, Nobuyuki Kitajima, Naoki Fukuda, Akiko Hokura, Yasuko Terada, Izumi Nakai, Naoko K Nishizawa
  • 学会等名: The International Plant Nutrition Colloquium
  • 発表場所: Sacramento, California U.S.A.
  • 年月日: 20090826-20090830
• [学会発表] Metal Distribution in Rice Seeds during The Germination Process using X-ray Fluorescence Imaging of Fe, Zn, Mn, and Cu (2009)
  • 著者名/発表者名: Michiko Takahashi, Nobuyuki Kitajima, Naoki Fukuda, Akiko Hokura, Yasuko Terada, Izumi Nakai, Naoko K Nishizawa
  • 学会等名: International Symposium on Metallomics Conference
  • 発表場所: シンシナティ U.S.A.
  • 年月日: 20090607-20090609
• [学会発表] イネの種子成熟過程におけるメタボローム解析 (2009)
  • 著者名/発表者名: 臼田華奈子、高橋美智子、草野都子、及川彰、斉藤和季、平井優美、西澤直子
  • 学会等名: 日本士壌肥料学会2009年度京都大会
  • 発表場所: 京都大学
  • 年月日: 2009-09-17