イネ茎葉部に蓄積する澱粉の多様性と原因遺伝子の解明

阐明水稻芽和叶中积累的淀粉的多样性和致病基因

• 批准号: 22K14875
• 负责人: 森田 隆太郎
• 金额: $ 2.83万
• 依托单位: The University of Tokyo
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Early-Career Scientists
• 财政年份: 2022
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2022-04-01 至 2025-03-31
• 项目状态: 未结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-22K14875/
• 关键词: 澱粉の多様性; アミロース・アミロペクチン; 稲わら; イネ; ハプロタイプ解析; 澱粉; アミロース; 茎葉部; アソシエーション解析

イネの胚乳に蓄積する澱粉には澱粉生合成関連遺伝子の自然変異が存在し、「もち米」や「ジャポニカ米」として我々の日々の生活に利用されている。一方で、イネの茎部にも澱粉が蓄積するが、茎部蓄積澱粉にどのような多様性があるかは解析されていない。そこで本研究では世界のイネコアコレクション(WRC)69系統を用いて、稲わらに蓄積する澱粉のアミロース・アミロペクチン比などの分子構造や、糊化温度などの物理化学的特性の多様性について解析を行う。さらにSNPデータベースを用いたハプロタイプ解析を行い、茎部び蓄積する澱粉の多様性が生じる原因遺伝子の同定を行う。初年度は主に澱粉合成関連遺伝子のうち、澱粉合成酵素 (SS)、澱粉粒結合型澱粉合成酵素(GBSS)、澱粉枝作り酵素 (BE)、澱粉枝切り酵素 (DBE)、ADP-グルコースピロホスホリラーぜ (AGP)のアミノ酸配列に関与するハプロタイプを調査した。これらの遺伝子うちほとんどの遺伝子について、アミノ酸置換の伴うハプロタイプが見つかったが、主にイネの葉鞘や稈で澱粉生合成に関与するAGP大サブユニット1にはアミノ酸置換を伴うハプロタイプがなかった。また最もハプロタイプが多かったのは葉身や葉鞘でアミロペクチンの長鎖の合成に関与するSSIIIbで16種類のハプロタイプが見つかった。一方で、もち米の原因遺伝子であるGBSSIの他には終止コドンを伴う自然変異は見つからなかった。現在、圃場で育成したWRCの稲わらから澱粉を精製進めており、精製が終わり次第、澱粉の分子構造や物理科学的特性を解析する。

在水稻胚乳中积聚的淀粉在与淀粉生物合成有关的基因中包含天然突变，并在我们的日常生活中用作“粘性米饭”和“ japonica大米”。另一方面，淀粉积聚在大米的茎中，但尚未分析淀粉积聚的多样性。因此，这项研究使用69个全球米核收集（WRC）菌株来分析物理和化学特性的多样性，例如含有稻草中积累的淀粉的淀粉酶 - 淀粉蛋白比以及胶质素化温度。此外，使用SNP数据库进行单倍型分析，以识别导致茎和累积淀粉多样性的致病基因。在第一年，与淀粉合成相关基因的氨基酸序列，淀粉合成酶（SS），淀粉结合淀粉淀粉合成酶（GBSS），淀粉分支（BE BE），淀粉分支分支酶（DBE）和Adp-Glupoploffore（Agp）。对于大多数这些基因，都发现了具有氨基酸取代的单倍型，但是在大的AGP亚基1中没有具有氨基酸取代的单倍型，这主要参与稻叶鞘和毛线中的淀粉生物合成。此外，最大的单倍型是SSIIIB，与叶叶片和叶鞘中的长链链的合成有关，发现了16个单倍型。另一方面，除了GBSSI之外，还没有发现自然突变以及终止密码子。目前，淀粉正在从田间种植的WRC稻草中纯化，一旦纯化完成，将分析淀粉的分子结构和物理科学特性。

项目成果

Characterization of the Functions of Starch Synthase IIIb Expressed in the Vegetative Organs of Rice (<i>Oryza sativa</i>L.)

水稻营养器官中表达的淀粉合酶 IIIb 的功能表征（<i>Oryza sativa</i>L.）

• DOI: 10.1093/pcp/pcac143
• 发表时间: 2022
• 期刊: Plant and Cell Physiology
• 影响因子: 4.9
• 作者: Morita Ryutaro;Crofts Naoko;Miura Satoko;Ikeda Ken-ichi;Aoki Naohiro;Fukayama Hiroshi;Fujita Naoko
• 通讯作者: Fujita Naoko