Rubiscoの触媒特性改変による光合成能力の改良と構造機能相関の解明

2022 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 20K05998
• 研究機関: 神戸大学
• 研究代表者: 深山 浩 神戸大学, 農学研究科, 准教授 (60373255)
• 研究分担者: 松村 浩由 立命館大学, 生命科学部, 教授 (30324809)
• 研究期間 (年度): 2020-04-01 – 2023-03-31
• キーワード: 光合成 / イネ / ソルガム / Rubisco / タンパク質構造

研究実績の概要

CSS系統で見られる生育不良や稔実率の低下が導入遺伝子の効果であるのかを明らかにするために，ソルガムRbcSの発現量が多いSS系統を用いて，新たなCSS系統を３系統作出した．また，これまでソルガムRbcSの高発現には，Cabプロモーターを用いてきたが，新たにOsRbcS3プロモーターを用いてソルガムRbcSを高発現する系統を作出した．本年度はさらに，それらの系統とCSS系統を交配した後代からソルガムRbcSを高発現し，イネRbcSが欠損した系統を選抜した．
ソルガムRbcSの102番目のLeu (イネではIle)のRubiscoの触媒速度を高める効果をを検証するために，ソルガムRbcSの102番目のLeuがIle (ソルガムL102I)，イネRbcSの102番目のIleがLeu (イネI102L) となった変異型RbcSを発現する形質転換イネを作出した．Rubisco触媒特性の測定を行ったところ，102番目のLeuは触媒速度を増加させるが，その効果は限定的であることが分かった．ソルガムL102I系統，イネI102L系統はいずれも生育良好であり，稔実率の低下も見られなかったことから，これまで解析に用いてきたCSS系統の望ましくない表現型は導入遺伝子によるものではないことが示唆された．
ソルガム以外のC4植物のRbcSについては，ネピアグラス，ギニアグラス，トウモロコシについてイネ完全置換系統を作出した．Rubiscoの酵素特性は解析中である．
解析が終了していない系統もあるが，最も重要と考えていた102番目のLeuの効果については検証することができ，ある程度の触媒速度の促進効果があることを明らかにした．今後は，102番目のLeu以外の触媒速度の促進効果を持つアミノ酸の探索と効果の検証を進めていくつもりである．

研究成果

• [雑誌論文] Deepwater response in the African cultivated rice Oryza glaberrima (2023)
  • 著者名/発表者名: Quanshu Luo, Daisuke Sasayama, Misaki Nakazawa, Tomoko Hatanaka, Hiroshi Fukayama, Tetsushi Azuma
  • 雑誌名: Plant Production Science 巻: 26 ページ: 65-75
  • DOI: 10.1080/1343943X.2022.2161401
  • 査読あり
• [雑誌論文] Characterization of the Functions of Starch Synthase IIIb Expressed in the Vegetative Organs of Rice (Oryza sativa L.) (2023)
  • 著者名/発表者名: Morita, Ryutaro, Crofts, Naoko, Miura, Satoko, Ikeda, Ken-ich, Aoki, Naohiro, Fukayama, Hiroshi, Fujita, Naoko
  • 雑誌名: Plant Cell Physiol 巻: 64 ページ: 94-106
  • DOI: 10.1093/pcp/pcac143
  • 査読あり
• [雑誌論文] Adaptive responses to flood in wild rice species with various genomes other than AA (2022)
  • 著者名/発表者名: Sasayama D., Niikawa M., Hatanaka T., Fukayama H. and Azuma T.
  • 雑誌名: Plant Production Science 巻: 25 ページ: 350-358
  • DOI: 10.1080/1343943X.2022.2073896
  • 査読あり
• [雑誌論文] : Internodal elongation under submergence in Oryza sativa/Oryza glumaepatula introgression lines. (2022)
  • 著者名/発表者名: Sasayama D., Yuan S., Hatanaka T., Fukayama H. and Azuma T.
  • 雑誌名: Journal of Crop Research 巻: 67 ページ: 35-40
  • DOI: 10.18964/jcr.67.0_35
  • 査読あり
• [雑誌論文] Control of growth direction in crown roots in rice germinated seedlings by light (2022)
  • 著者名/発表者名: Matsumoto K., Sasayama D., Hatanaka T., Fukayama H. and Azuma T.
  • 雑誌名: Journal of Crop Research 巻: 67 ページ: 51-55
  • DOI: 10.18964/jcr.67.0_51
  • 査読あり
• [雑誌論文] Different DGAT1s vary widely in function and a targeted amino acid substitution enhances oil accumulation (2022)
  • 著者名/発表者名: Tomoko Hatanaka, Yoshiki Tomita, Daisuke Matsuoka, Daisuke Sasayama, Hiroshi Fukayama, Tetsushi Azuma, Mohammad Fazel Soltani Gishini, and David Hildebrand
  • 雑誌名: Journal of Experimental Botany 巻: 73 ページ: 3030-3043
  • DOI: 10.1093/jxb/erac084
  • 査読あり / 国際共著
• [学会発表] イネにおいてCRCTが制御するデンプン合成関連遺伝子の糖応答性の品種間差の解析 (2023)
  • 著者名/発表者名: 宮川文宏・森田隆太郎・笹山大輔・畠中知子・東哲司・深山浩
  • 学会等名: 日本作物学会
• [学会発表] 竹谷友里・大河世生・塩見慶太・笹山大輔・畠中知子・東哲司・深山浩 (2023)
  • 著者名/発表者名: Rubiscoの高活性化に関係する可能性のあるC4植物型RbcSの ロイシン102の酵素特性への効果
  • 学会等名: 日本作物学会