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2015 年度 実施状況報告書

様々な環境ストレスに応答するイネGABA経路の機能解明と分子育種への展開

研究課題

研究課題/領域番号 26450504
研究機関島根大学

研究代表者

赤間 一仁  島根大学, 生物資源科学部, 教授 (50252896)

研究期間 (年度) 2014-04-01 – 2017-03-31
キーワードGABA / イネ / ストレス応答 / GABAアミノ基転移酵素 (GABA-T) / グリオキシル酸還元酵素 (GLYR)
研究実績の概要

GABA代謝系を構成するGABAアミノ基転移酵素 (GABA-T) とグリオキシル酸還元酵素 (GLYR) が示すアルデヒドに対する高い親和性と多様な細胞内局在を考慮すると、GABA経路関連酵素群は、高温・低温、冠水、乾燥、高塩などの環境ストレスに応答して蓄積・拡散することが予想されるグリオキシル酸やSSAなどアルデヒドの負の作用を取り除く効果を持ち合わせているのではないかと考えられる。
この可能性を検証するために、最も活性の高いイネGABA-T1を細胞質、ミトコンドリア、或いは葉緑体でエクトピックに過剰発現させたもの、イネGLYR1(細胞質型)またはGLYR2(ミトコンドリアと葉緑体の両方に局在)を過剰発現されたものを、いずれも複数系統を作出して、qPCRによるコピー数の推定よりホモ系統株を同定し、成葉でのqRT-PCRと抗GABA-T1抗体を用いたウエスタン解析により予想される過剰発現をmRNAとタンパク質レベルで確認した。収穫後に発芽から10日目の植物体を各種ストレス(低温:4℃に4日間、乾燥:湿重量を30%まで減少させたもの、塩:250 mM NaClに3日間)に供して、その後8日間MS培地で成長させ、バイオマスに与える影響を評価した。この結果、低温ストレスでは葉緑体局在型GABA-T1を除き、いずれも野生型に比べて、バイオマスの有意な増加が観察された。また、乾燥ストレスでは、細胞質型GABA-T1とGLYR1(細胞質型)の過剰発現でバイオマスの有意な増加が観察された。現在、遊離アミノ酸と有機酸の動態をGC-MSを用いて定量解析を進めている。

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

研究計画に挙げた全ての種類の過剰発現体イネの作出とその分析(生育特性[乾燥重量、分けつ数、葉長、穂数、種籾重量、千粒重、当塾歩合など]、導入遺伝子のコピー数、mRNAの発現レベル、タンパク質レベルでの蓄積量)を終了し、各種ストレス耐性試験(低温、乾燥、塩)を行い、GABA代謝関連遺伝子の発現とストレス耐性について幾つかの興味深い結果を得ている。これに加えて予備実験結果から、200 mMの過酸化水素水を用いた酸化ストレスでは野生型がほとんど枯死したのに対して、葉緑体局在型のGABA-T1過剰発現体では高い生存率を示した。

今後の研究の推進方策

条件を細かく検討することでストレス耐性試験(低温、乾燥、塩、酸化)をさらに押し進める。ストレス試験の前後における植物体において、本研究のGABA代謝系に関わるアミノ酸(グルタミン酸、GABA、グリシン)、有機酸(コハク酸セミアルデヒド、グリオキシル酸、グリコール酸)の定量分析を進め、これら代謝物の動態とストレス耐性との関連を明らかにする。

  • 研究成果

    (5件)

すべて 2016 2015

すべて 雑誌論文 (3件) (うち査読あり 1件) 学会発表 (2件)

  • [雑誌論文] Field trial of GABA-fortified rice plants and oral administration of milled rice in spontaneously hypertensive rats2015

    • 著者名/発表者名
      Kowaka E, Shimajiri Y, Kawakami K, Tongu M, Akama K
    • 雑誌名

      Transgenic Research

      巻: 24 ページ: 561-569

    • DOI

      10.1007/s11248-014-9859-z

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Development of functional rice that prevents unloading-induced skeletal muscle atrophy2015

    • 著者名/発表者名
      Kitahata K, Ochi A, Nakao R, Abe T, Maita A, Kondo S, Akama K, Nikawa T
    • 雑誌名

      Space Uliliz. Res.

      巻: 29 ページ: 109-111

  • [雑誌論文] 廃用性筋萎縮に有効な抗ユビキチン化ペプチドの開発 –新しいペプチドバイオロジーの創成をめざして-2015

    • 著者名/発表者名
      二川健,赤間一仁
    • 雑誌名

      アミノ酸研究

      巻: 9 ページ: 23-27

  • [学会発表] CRISPR/Cas9システムによるイネグルタミン酸脱炭酸酵素遺伝子(GAD1) のC末端領域の欠失2016

    • 著者名/発表者名
      赤間 一仁、金崎 雅子、三上 雅史、遠藤 真咲、土岐 精一
    • 学会等名
      第57回日本植物生理学会年会
    • 発表場所
      岩手大学上田キャンパス
    • 年月日
      2016-03-18 – 2016-03-20
  • [学会発表] イネにおけるGABA経路関連遺伝子のエクトピックな発現とその環境ストレス応答への影響2015

    • 著者名/発表者名
      赤間一仁、Barry Shelp
    • 学会等名
      第38回日本分子生物学会年会
    • 発表場所
      神戸ポートアイランド
    • 年月日
      2015-12-01 – 2015-12-04

URL: 

公開日: 2017-01-06  

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