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。

水稻种子成熟期高温会诱导α-淀粉酶表达并降低糙米品质，阐明其调控机制将直接导致高温危害的缓解和抗性品种的开发。本研究重点关注自噬缺陷突变体中糙米的浑浊外观，旨在阐明α-淀粉酶表达的调控机制。今年我们重点分析以下三点。 (1) 研究了自噬缺陷对成熟期高温引起的浑浊糙米及α-淀粉酶表达的影响，发现花后温度对自噬作用对浑浊糙米的影响较大我做到了。在自噬缺陷突变体 Osatg7 中，α-淀粉酶表达的诱导转移到较低温度，证实自噬直接或间接有助于抑制糙米混浊。 (2)水稻种子成熟过程中激活的蛋白酶参与胚乳细胞程序性细胞死亡PCD的执行。作为研究自噬缺陷和高温成熟对胚乳 PCD 影响的工具，我们构建了一种基于荧光蛋白的蛋白酶传感器探针，并将其在烟叶中瞬时表达，以检测诱导子诱导的 PCD 过程中蛋白酶活性的变化。 。 (3)分析了高温成熟和自噬缺陷对水稻种子萌发和α-淀粉酶表达的影响。成熟期高温影响种子发芽势，降低发芽均匀度。为了研究自噬与成熟过程中高温导致的种子萌发均匀性降低之间的关系，我们分析了野生型菌株和田间获得的 Osatg7 突变体种子萌发过程中的 α-淀粉酶表达、活性和蛋白质含量。 。结果，我们发现 Osatg7 延迟了种子萌发并抑制了与萌发相关的 α-淀粉酶活性的增加。在来自杂合亲本的种子中没有观察到发芽延迟，这表明亲本的基因型可能影响种子发芽。

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

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

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