Functioinal analysis of the factors involved in transportation rice glutelin from ER in rice endosperm and utilization of breeding

水稻胚乳内质网转运稻米谷蛋白相关因素的功能分析及育种利用

基本信息

批准号：
18J40102
负责人：
串間(福田) 真子
金额：
$ 2.58万
依托单位：
Kyushu University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for JSPS Fellows
财政年份：
2018
资助国家：
日本
起止时间：
2018-04-25 至 2021-03-31
项目状态：
已结题

项目摘要

①イネ種子貯蔵タンパク質グルテリンの細胞内輸送に関する解析グルテリンは小胞体上で前駆体として合成後、ゴルジ体を経由して液胞へと輸送され蓄積される。グルテリンの輸送・蓄積までの過程には様々な因子が関与しているが、その中の１つであるGLUP2/GOT1Bはグルテリンの小胞体からゴルジ体への輸送に関与することが示された。酵母において、GOT1BはCOPII被膜小胞の小胞体からゴルジ体への小胞輸送に関与することが報告されているが、イネにおいてCOPII被膜小胞の存在は明らかになっていない。そこで、イネ種子胚乳細胞内に COPII 被膜小胞の存在を明らかにするために、高圧急速凍結固定・包埋を行い、イネ胚乳細胞内におけるCOPII被膜小胞の特定を試みた。電子顕微鏡観察の結果、ゴルジ体の近くに既報のデンスベジクルだけではなく、電子密度の低い小胞が多く認められ、更にこの小胞にグルテリン及びSar1抗体を標識させた金粒子が認められた。この結果から、電子密度の低い小胞はCOPII被膜小胞の可能性が考えられ、グルテリン前駆体はCOPII被膜小胞を介してゴルジ体へと輸送される可能性が考えられた。②セリンヒドロキシメチルトランスフェラーゼ（SHMT）変異体の解析SHMTの変異体はシステイン残基を多く含む貯蔵タンパク質が減少した突然変異体である。SHMTの貯蔵タンパク質の蓄積における機能を明らかにするために、SHMTに関する変異体種子の組織学的解析を行った。変異体種子において、プロラミン顆粒（Protein body:PBI）内部に空洞が認められた。貯蔵型液胞に集積するグルテリン及びグロブリン顆粒(PBII)中にも、空洞が認められ、野生型とは異なる形状をし示した。これらの結果から、SHMTは貯蔵タンパク質の合成に必要であり、システインリッチ貯蔵タンパク質はPB形成に重要な役割を果たしていると考察した。

① 水稻种子贮藏蛋白谷蛋白的细胞内转运分析谷蛋白在内质网上合成为前体，然后通过高尔基体转运至液泡并积累。谷蛋白转运和积累过程涉及多种因素，其中之一GLUP2/GOT1B被证明参与谷蛋白从内质网向高尔基体的转运。据报道，在酵母中，GOT1B参与COPII荚膜囊泡从内质网到高尔基体的囊泡转运，但COPII荚膜囊泡在水稻中的存在尚未阐明。因此，为了明确水稻种子胚乳细胞内COPII荚膜囊泡的存在，我们进行了高压快速冷冻固定和包埋，并尝试鉴定水稻种子胚乳细胞内COPII荚膜囊泡。电镜结果显示，在高尔基体附近不仅观察到先前报道的致密囊泡，而且还观察到许多低电子密度的囊泡，并且在这些囊泡中还观察到谷蛋白和Sar1抗体标记的金颗粒。这些结果表明，低电子密度的囊泡可能是COPII囊泡，谷蛋白前体可能通过COPII囊泡转运至高尔基体。 ②丝氨酸羟甲基转移酶（SHMT）突变体分析 SHMT突变体是含有大量半胱氨酸残基的储存蛋白减少的突变体。为了阐明 SHMT 在储存蛋白积累中的功能，我们对 SHMT 突变种子进行了组织学分析。在突变种子中，在谷醇溶蛋白颗粒（蛋白体：PBI）内部观察到空腔。在储存液泡中积累的谷蛋白和球蛋白颗粒（PBII）中也观察到空洞，且形状与野生型不同。从这些结果中，我们认为SHMT对于储存蛋白的合成是必需的，并且富含半胱氨酸的储存蛋白在PB形成中发挥重要作用。