Discovery Sagaサイレントキーワード俯瞰

澱粉 / イネ / アミロース / 茎葉部 / アソシエーション解析

アミロース生合成 / 澱粉粒結合型澱粉合成酵素 / イネ / 澱粉 / 澱粉生合成

本研究ではイネの栄養器官における澱粉生合成機構の解明を目指し、主に葉身や葉鞘で発現し澱粉の成分の1つで直鎖状分子であるアミロース生合成を担うと考えられている澱粉粒結合型澱粉合成酵素(GBSS)IIの機能欠損変異体を用いて、生理解析を行なった。その結果、GBSSIIは葉身・葉鞘・根におけるアミロース合成を担う重要な酵素であることが明らかとなった。しかしながら機能欠損変異体の葉身・葉鞘の澱粉蓄積量は野生型と差異がなかった。さらに機能欠損変異体の生育や収量は野生型と有意な差はなかった。このことから、栄養器官におけるアミロース合成は光合成産物の効率的な蓄積やイネの生育には重要ではないことが示された。

本研究により、これまで解明されていなかったイネ栄養器官におけるアミロース生合成機構の一端が明らかとなった。現在農業残差の多用途利用が検討されており、稲わらは飼料やバイオ燃料原料として注目を集めている。本研究で用いたgbss2機能欠損変異体の稲わらに蓄積する澱粉の詳細な物理化学的な性質の解析と従来の澱粉蓄積量を増加させる技術を組み合わせることで、多用途利用に適した澱粉が蓄積した新品種の開発に貢献できる。

イネ / 葉鞘 / 澱粉 / アミロペクチン / アミロース / 枝作り酵素 / 枝切り酵素

本研究の目的は、3種類のイネ澱粉枝作り酵素（Branching Enzyme; BEI, BEIIa, BEIIb）の各組織における役割を明確にすることである。3種類のBEは、組織による発現強度・相互作用する酵素・好む基質の構造・形成する枝の長さが異なる。胚乳におけるBEの機能と相補作用は明確になってきたが、胚乳以外の組織におけるBEアイソザイムの機能分担は不明である。
本研究では、特定のBEが欠失するとどのような構造の澱粉を蓄積し、植物体にどのような影響を与えるかを明確にすることを目的として、2021年度は各BEアイソザイムが欠失したシングル変異体を用いて、１）植物体の生育調査、２）光合成速度の測定、３）葉鞘澱粉の消化性を明らかにした。
１）生育調査：be2bシングル変異体は幼苗期の生育が遅く、発芽15日後の新鮮重量が野生型やbe1・be2aシングル変異体の約50％であった。また、育苗中のbe2b胚乳には、野生型やbe1・be2aシングル変異体と比較して約100倍多く澱粉が残存していた。胚のみを培養した場合には、系統間での初期成育に有意な差は見られず、いずれの系統も出穂期には生育に大きな差は見られなくなった。これらのことから、育苗時のエネルギー源として使いやすい構造の澱粉を胚乳に蓄積するために、BEIIbが重要であることが明らかになった。
２）光合成速度：暗順化後の最上位完全展開葉を用いて光合成速度を測定した。その結果、be2aシングル変異体は、野生型と比較して気孔が良く開き、活発に光合成をする傾向が見られた。
３）葉鞘澱粉の消化性：葉鞘から精製澱粉を調製し、グルコアミラーゼで分解したところ、be2aの葉鞘澱粉は他の系統と比較して極めて消化しにくいことが明確になり、BEIIaが葉鞘のアミロペクチン合成において主要な働きを担うことが明確になった。

【研究分担者】
森田隆太郎	東京大学	大学院農学生命科学研究科(農学部)	助教	(Kakenデータベース)