オートファジーによるイネ種子登熟過程のα-アミラーゼ発現制御機構の解明

通过自噬阐明水稻种子成熟过程中α-淀粉酶表达的调控机制

• 批准号: 21K05501
• 负责人: 花俣 繁
• 金额: $ 2.66万
• 依托单位: Tokyo University of Science (2022)Niigata University (2021)
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
• 财政年份: 2021
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2021-04-01 至 2024-03-31
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-21K05501/
• 关键词: 発芽; オートファジー; アミラーゼ; タンパク質分解; プロテアーゼ; プログラム細胞死; イネ; α-アミラーゼ; 胚乳; 高温障害; バイオイメージング; 玄米白濁化

イネ種子登熟期の高温はα-アミラーゼの発現を誘導し，玄米品質を低下させ，その制御機構の解明は，高温障害の緩和および耐性品種の開発に直結する。本研究は，オートファジー機能欠損変異体の玄米白濁化に着目し，α-アミラーゼの発現制御機構の解明を目指す。本年度は、以下の３点を中心に解析を進めた。（１）登熟期の高温による玄米白濁化とα-アミラーゼの発現に対するオートファジー機能欠損の影響を調査し，オートファジー機能欠損による玄米白濁化には開花後の温度が強く影響することを明らかにした。オートファジー機能欠損変異株Osatg7ではα-アミラーゼの発現誘導が，より低温にシフトし，オートファジーが直接的または間接的に玄米白濁化の抑制に寄与することが確認された。（２）イネ種子の登熟過程で活性化されるプロテアーゼは胚乳細胞のプログラム細胞死PCD実行に関与する。胚乳PCDに対するオートファジーの欠損および高温登熟が与える影響を調べるツールとして，蛍光タンパク質ベースのプロテアーゼセンサープローブを構築し，タバコ葉に一過的に発現させ，エリシター誘導性PCD過程におけるプロテアーゼ活性変化を検証した。（３）高温登熟及びオートファジー機能欠損がイネ種子発芽とα-アミラーゼの発現に与える影響を解析した。登熟期の高温は種子の発芽勢に影響し，発芽の斉一性を低下させる。登熟期の高温による種子発芽の斉一性の低下とオートファジーとの関連調査のため，圃場で得られた野生型株とOsatg7変異体の種子発芽におけるα-アミラーゼ発現・活性およびタンパク質量について解析した。その結果，Osatg7では種子発芽が遅延し，発芽に伴うα-アミラーゼ活性の上昇が抑制されることを見出した。ヘテロ親由来の種子では発芽遅延は見られず，親の遺伝子型が種子発芽に影響する可能性が示唆された。

水稻成熟期间的高温诱导α-淀粉酶的表达，降低糙米质量，并阐明其调节机制直接导致缓解高温障碍和耐药品种的发展。这项研究的重点是自噬缺陷突变体中糙米的美白，旨在阐明α-淀粉酶表达控制的机制。今年，我们关注以下三个点：（1）我们研究了由于成熟期间高温和自噬缺陷对α-淀粉酶表达的高温而引起的糙米云的影响，并揭示了开花后的温度对自噬缺乏症引起的糙米云的影响很强。据证实，自噬缺陷突变体OSATG7中α-淀粉酶表达的诱导转移到较低的温度，并且自噬直接或间接地促进了抑制糙米的云层。 （2）在水稻种子成熟过程中激活的蛋白酶参与胚乳细胞的编程细胞死亡PCD的执行。作为研究自噬缺陷和高温成熟对胚乳PCD的影响的工具，构建了基于荧光蛋白质的蛋白质传感器探针，在烟草叶片中瞬时表达，并在引发剂诱导的PCD过程中测试了蛋白酶活性的变化。 （3）分析了高温成熟和自噬缺乏对水稻种子发芽和α-淀粉酶表达的影响。成熟期间的高温会影响种子的发芽，从而降低了发芽的均匀性。为了研究在成熟期间由于高温引起的种子发芽均匀性与自噬之间的关联，我们分析了野生型菌株的种子发芽和osatg7突变体的α-淀粉酶表达，活性和蛋白质含量。结果，发现在OSATG7中延迟了种子发芽，并且伴随发芽的α-淀粉酶活性的增加被抑制。源自杂种的种子没有显示出延迟的发芽，这表明父母的基因型可能会影响种子发芽。

项目成果

イネの種子登熟期のストレスによる米の品質低下と品質制御におけるオートファジーの役割

水稻种子成熟期胁迫导致的稻米品质恶化及自噬在质量控制中的作用

• 发表时间: 2022
• 作者: 花俣繁;町田大輔;手塚紘夢;齋藤誠志;齋藤輝;麻生将史;瀬良ゆり;金古堅太郎;BASLAM Marouane;AYCAN Murat;来須孝光;朽津和幸;三ツ井敏明
• 通讯作者: 三ツ井敏明

Autophagic mechanisms that modulate starch metabolism regulation and ROS-mediated stress in rice response to heat stress

调节水稻对热应激反应中淀粉代谢调节和ROS介导的应激的自噬机制

• 发表时间: 2021
• 作者: Daisuke MACHIDA;Shigeru HANAMATA;Akira SAITO;Kentaro KANEKO;Murat AYCAN;Marouane BASLAM;Toshiaki MITSUI
• 通讯作者: Toshiaki MITSUI

オートファジーはイネ種子登熟時の高温ストレスで誘導される白濁粒の形成を緩和する

自噬减轻了水稻种子成熟过程中高温胁迫引起的浑浊粒的形成。

• 发表时间: 2023
• 作者: 花俣 繁;町田 大輔;手塚 紘夢;齋藤 誠志;齋藤 輝;麻生 将史;瀬良 ゆり;金古堅太郎;BASLAM Marouane;AYCAN Murat;来須 孝光;朽津 和幸;三ツ井 敏明
• 通讯作者: 三ツ井 敏明

遺伝子コード型プロテアーゼセンサーの開発と植物のプログラム細胞死および オートファジーエンドポイントのプロテアーゼ活性のイメージング

植物中基因编码蛋白酶传感器的开发以及程序性细胞死亡和自噬终点的蛋白酶活性成像

• 发表时间: 2022
• 作者: 花俣繁;来須孝光;三ツ井敏明;朽津和幸
• 通讯作者: 朽津和幸

植物のオートファジー動態のin vivoイメージング・定量的モニタリング法の開発と穀物イネの花粉発達・種子登熟・コメの品質管理におけるオートファジーの役割

开发植物自噬动态的体内成像和定量监测方法以及自噬在花粉发育、种子成熟和水稻质量控制中的作用

• 发表时间: 2022
• 作者: 藤原侑大;細見昭;花俣繁
• 通讯作者: 花俣繁