新規顆粒性澱粉合成酵素遺伝子:GBSSII

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要約

小麦に、新規顆粒性澱粉合成酵素(Granule Bound Starch Synthase II:GBSSII) を確認し、その遺伝子をクローン化した。 GBSSII 遺伝子は、胚乳・花粉で発現する既知GBSSI (waxy )遺伝子とは異なる遺伝子座に座乗する。

  • 担当:東北農業試験場・作物開発部・育種工学研究室
  • 連絡先:019-643-3514
  • 部会名:生物工学
  • 専門:バイテク
  • 対象:麦類
  • 分類:研究

背景・ねらい

アミロースは、イネ、コムギ等の穀類の澱粉特性に大きな影響を与える重要な物質であり、その合成はADPグルコースを基質として、顆粒性澱粉合成酵素 (Granule Bound Starch Synthase:GBSS)によってなされる。イネ科作物では、GBSS (=waxy )遺伝子に変異が生じることにより、アミロースが胚乳澱粉から欠失しアミロペクチンのみからなるモチ澱粉を持つモチ変異体になることが知られている。しかしながら、モチ小麦においては、GBSS 遺伝子が完全に機能を失ったにもかかわらず、果皮澱粉にアミロースが確認され、既知のGBSS 遺伝子とは異なる同遺伝子の存在が示唆された。そこで本研究では、新たなGBSSの存在の確認およびその遺伝子のクローン化をおこなった。

 

成果の内容・特徴

  • 小麦の果皮澱粉には、GBSS活性が検出されると同時に分子量59kDの結合タンパク質が検出される。そのタンパク質のN末端のアミノ酸配列は、既知GBSSタンパク質と相同性を示し、基質の結合部位となるアミノ酸配列(KTGGL)を有する(図1)。しかしながらその配列は、小麦胚乳澱粉に検出される61kDの既知GBSS(Wx タンパク質)とは異なる。既知同酵素をGBSSIとし、新規結合タンパク質をGBSSIIとする。
  • ジャガイモGBSSに対する抗体により、cDNAライブラリーより得られた GBSSII 遺伝子(AF109395)の大きさは2081bp(コーデング領域 1799bb)である。小麦GBSSI 遺伝子との間の相同性は、塩基レベルで57%、タンパク質レベルでは65%程度である。 GBSSII は、単子葉より双子葉植物のGBSS 遺伝子により高い相同性を示す(図2)。
  • 小麦GBSSI 遺伝子は、第7同祖染色体群に座乗するが、 GBSSII は第2同祖染色体群に座乗する。またGBSSII 遺伝子はコムギ以外のイネ科作物(イネ、トウモロコシ、大麦) にも存在する(図3)。
  • GBSSII 遺伝子は胚乳では発現しないが、果皮、茎葉等で発現しており、 GBSSI は貯蔵組織の澱粉合成に、 GBSSII は栄養器官の澱粉合成に関与する。

成果の活用面・留意点

  • GBSSI 及びII 遺伝子は、互いにクロスハイブリしない。
  • GBSSI 及びII 遺伝子は異なる器官で発現しており、器官特異的遺伝子発現の機構を解明するために活用できる。またGBSSII のプロモーターは、形質転換において目的遺伝子を胚乳以外の組織で発現させるために有効と考えられる。

具体的データ

図1.果皮澱粉粒に結合するGBSSIIのN末端アミノ酸配列

 

図2.GBSS遺伝子系統樹

 

図3.GBSSI及びGBSSII遺伝子によるサザンハイブリダイゼーション同一メンブレン使用

 

その他

  • 研究課題名:澱粉粒結合タンパク質の解析
  • 予算区分:経常、マイクロアレイ
  • 研究期間:平成11年度(平成9～13年)
  • 発表論文等:
    • Vrinten,P. and T.Nakamura (2000) Wheat granule-bound starch synthase I and II are encoded by separate genes and are expressed in different tissues. Plant Physiol 122:255-264.
    • Nakamura T., P.Vrinten, K.Hayakawa and I.Ikeda(1998). Characterization of a granule-bound starch synthase isoform found in the pericarp of wheat. Plant Physiol 118:451-459.
    • 中村俊樹、池田順一、P.Vrinten (1996) コムギ果皮に見られる澱粉粒結合タンパク質。 育種学雑誌 46(別 2) p265 4) 中村俊樹、P.Vrinten (1995). モチコムギにおけるWx 遺伝子の発現. 育種学雑誌 45(別 2) p264.