2017 Fiscal Year Annual Research Report
Improvement of seed oil production in soybean by molecular genetic engineering
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16H04869
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| Research Institution | University of Miyazaki |
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Principal Investigator |
湯淺 高志 宮崎大学, 農学部, 教授 (40312269)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
井上 眞理 九州大学, 農学研究院, 学術特任教員 (60091394)
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| Project Period (FY) |
2016-04-01 – 2019-03-31
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| Keywords | アミノ酸 / オートファジー / ダイズ / タンパク質分解 / 老化 / 栄養 / 遺伝子発現 / 光合成 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
【目的】先行研究において子実肥大期や遮光処理によるダイズ葉身 の老化の過程でバルクなタンパク質分解系のオートファジー(自食作用)が誘導されることを報告し た(Nang et al., 2011; 石橋, 日本作物学会, 2016).そこでダ イズの老化・オートファジー誘導メカニズムにおける分岐鎖アミノ酸(BCAA)代謝について着目した. BCAA 代謝をになう鍵酵素,分岐鎖アミノ酸アミノ基転移酵素(BCAT)のうち葉緑体局在型 BCAT は BCAA 合成を行い, 一方でミトコンドリア局在型 BCAT は BCAA 分解を触媒している.今回, 遮 光処理による光合成能低下と老化誘導をオートファジー誘導のモデル実験系を用いて, ダイズ BCAT 遺伝子(GmBCAT)の発現誘導, BCAA 代謝およびオートファジーの関係を調査した.
【結果および考察】 糖欠乏処理により顕著に誘導される GmBCAT1 は,遮光処理後,4 日と 8 日 において発現の上昇が観察された(Yuasa et al, 2013). またこれまでに報告のない Glyma06g05280(GmBCATX)は遮光処理に応答して顕著な発現増加が観察された(Fig.1). GmBCAT1 と GmBCATX はどちらもミトコンドリア局在シグナルを N 末に持つことから BCAA 分解 に働くことが予想された.ダイズ葉身の BCAA 含量はコントロール区では増加する一方, 遮光区で は速やかに低下した(Fig.2).この結果から光合成低下に伴い,エネルギー供給を維持するためにミ トコンドリア局在の BCAT が BCAA 分解を利用した呼吸基質供給に働いていると共に BCAA 分解 を介してオートファジー誘導と老化の促進に働くことが示唆された.
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
ダイズ葉身は遮光することによりSPAD値が減少しそして枯死した.遮光処理区ではダイズ葉身のSPAD値は4日目から低下し,8日目には約30%低下した. BCAT遺伝子産物には細胞質,ミトコンドリア,葉緑体など異なる細胞内局在が予測される複数の分子種がある. すでに糖欠乏処理により顕著に誘導されることを報告されているGmBCAT1は,遮光処理後，4日と8日において発現の上昇が観察された. 一方, いまだ報告のないミトコンドリア局在シグナルを持つGlyma06g05280(GmBCATX)からは遮光処理に応答して顕著な発現増加が観察された. この結果から光合成低下に伴い,エネルギー供給を維持するためにミトコンドリア局在のBCATがBCAA分解を利用した呼吸基質供給に働いていると共にBCAA分解を介してオートファジー誘導と老化の促進に働くことが示唆された．これまでに共同研究者の佐賀大学農学部の穴井豊昭博士より恵与されたTilling法による1塩基変異ダイズDNAスクリーニング実験系のゲノムDNAライブラリーを使用してGmBCATのSNP変異体のスクリーニングを開始しており、Tilling法によるスクリーニングにより目的遺伝子の変異体を単離について実験を実施している．また遺伝子組み換え実験系による緑色蛍光タンパク質融合BCATの発言実験系に着手しており、近日中に共商店レーザー顕微鏡による観察を実施する予定である。以上のように、初期の目的と実験計画について順調に進展している．
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| Strategy for Future Research Activity |
ダイズ葉身への遮光処理に応答した老化プロセスにおいてオートファジー,BCAAやプロリン,アスパラギンの異化代謝が促進することが報告さした. 植物において分岐鎖アミノ酸BCAAはミトコンドリア局在型BCAAアミノ基転移酵素(BCAT)が分解しており, プロリンはプロリン脱水素酵素(ProDH)がグルタミン酸への変換を触媒している．今回, ダイズ葉身への遮光処理および芽生えへのスクロース飢餓処理によるオートファジー誘導のモデル実験系を用いて,オートファジー誘導時のアミノ酸代謝遺伝子の発現誘導,アミノ酸含量変化の関係を調査を進める．．
ダイズ芽生えへのスクロース飢餓処理に応答したGmBCAT2およびGmProDHの発現プロファイルについて比較検討する．遮光処理に応答してGmBCAT2に加えてGmBCATXの発現増加が予想されることから抗BCAT抗体を用いたイムノブロット及びBCAT活性の酵素化学的な解析を進めて、遺伝子発現との相関を比較する．ダイズ葉身のBCAA含量をロイシン脱水素酵素を用いるBCAA ASSAYキットを用いて測定してコントロール区と遮光区でのでBCAA含量変化について比較数する予定である。．さらにスクロース飢餓処理におけるプロリン代謝とプロリン含量の変化についても議論を予定している．
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