代謝産物プロファイリングによる新規品質評価手法

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要約

GC-MS一斉分析および主成分分析を行うことにより、窒素用量処理を行った水耕ホウレンソウにおいて、窒素レベルに応答する代謝変動を捉えることができる。これらを応用することにより品質向上を目指した成分特性解析が可能になる。

• キーワード:メタボローム、GC-MS、一斉分析、窒素レベル、ホウレンソウ
• 担当:北海道農研・根圏域研究チーム
• 代表連絡先:電話011-857-9260、電子メールseika-narch@naro.affrc.go.jp
• 区分:北海道農業・生産環境、共通基盤・土壌肥料
• 分類:研究・参考

背景・ねらい

作物の品質の向上に資する研究はこれまで数個の重要な成分にフォーカスする方法が取られてきた。近年、GC-MSなどを利用した植物代謝成分の同定及び定量を同時に行える一斉分析及び解析手法(メタボローム解析)が確立されつつあり、モデル植物を中心に研究が進展している。この分析手法を実用作物に適用できれば、過去においては困難であった広範囲の成分を対象とした品質評価が可能になる。本成果では、窒素利用効率の異なるホウレンソウ2品種を水耕栽培することにより、品質制御要因として重要とされている体内窒素レベルの違いが代謝産物組成に与える影響を明らかにする。

成果の内容・特徴

• サンプリング、GC-MS分析、スペクトル処理、多変量解析を行うことにより代謝産物のプロファイリング(特徴抽出)が可能になる(図1)。代謝物のプロファイルは些細な要因によっても変化するため、モデル植物と比較して遺伝的な均一性が劣る実用作物への適用は困難を伴うことが多いが、処理条件およびサンプリング方法を最適化する(Okazaki et al. 2008)ことで応用が可能になる。
• ホウレンソウから糖・有機酸・アミノ酸等の約50代謝産物を検出した。各代謝産物に対応するピークの面積値を用いて主成分分析を行うことで、品種および窒素施用量に対応する成分変動の特徴付けができる。(図2)
• 窒素施用量に対する応答としては、糖類の減少および有機酸、アミノ酸類の増加などの植物に普遍的な応答(図3)と、リジン、トリプトファン類の減少やケイ皮酸類の増加などのホウレンソウに特徴的と思われる応答が確認できる。

成果の活用面・留意点

• 作物品質の総合評価に応用が可能であるほか、これまで困難であった有機物施用等の複雑な環境要因の影響評価などにも利用可能である。
• 再現性の高いデータを得るためには、誘導体化反応の際に禁水条件が必要である。

具体的データ

その他

• 研究課題名:根圏域における植物-微生物相互作用と微生物等の機能の解明
• 課題ID:214-i
• 予算区分:基盤
• 研究期間:2006～2008年度
• 研究担当者:岡崎圭毅、建部雅子、信濃卓郎、岡紀邦
• 発表論文等:Okazaki K. et al. 2008. Plant Cell Physiol. 49(2): 170-177