小麦低分子グルテニン遺伝子型の簡易判別技術

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要約

農林61号の低分子グルテニン遺伝子群は6タイプ12グループに分類でき、それらの遺伝子座を同定できる。また、PCR法により個々の遺伝子を簡易判別することが可能である。

  • キーワード:小麦、生地物性、低分子グルテニン、遺伝子座、PCR法、簡易判別
  • 担当:農研機構・近中四農研・作物開発部・育種工学研究室
  • 連絡先:0849-23-4100、tmikeda@affrc.go.jp
  • 区分:作物・冬作物、近中四・生物工学
  • 分類:科学・参考

背景・ねらい

小麦粉のタンパク質は主にグルテニンとグリアジンから成っており、小麦粉に水を加えてこねることによりグルテンを形成する。この内、グルテニンの遺伝子型は小麦の生地物性に大きく影響し、その育種的改良はパンやめん用小麦の品質向上に重要である。グルテニンの中でも、低分子グルテニンサブユニット(LMW-GS)については、高分子グルテニンサブユニットと同様に生地物性に対する効果が示唆されているが、サブユニット数が多く、その遺伝子型のタンパク質レベルでの解析が困難である。そこで、日本品種の製パン性および製めん性の向上のため、LMW-GS遺伝子の構成を明らかにし、その遺伝子型の効率的な選抜を可能にする簡易判別技術の開発を行う。

成果の内容・特徴

  • 農林61号のLMW-GS遺伝子群をクローニングし、その予想される保存領域のアミノ酸配列から、12グループ(1～12)に分けることができ、さらに、グルテニン分子間結合による網目構造の形成に関わるシステインの分布から、12グループは6つのタイプ(I～VI)に分けることができる。
  • グループ5(タイプIII)は、5つの疎水性アミノ酸からなる反復配列をコードしており、生地物性に対して他のサブユニットとは異なった効果を持つことが予想できる(図1)。
  • グループ11と12(タイプVI)は他のサブユニットと異なり、N末端にシステインを持たないことから、グルテニン分子間結合による網目構造を変えることが予想できる(図1)。
  • 12グループのLMW-GS遺伝子を特異的に増幅するPCRプライマーを設計し、他のグループと類似性が高い2グループを除き、各グループ特異的なPCR産物を得ることができる(表1)。
  • 各グループの遺伝子は、3つのグループがGlu-A3、2つのグループがGlu-B3、7つのグループが Glu-D3に座乗する(表)。
  • LMW-GS遺伝子型の品種間差異については、グループ3(タイプII)、グループ11と12(タイプVI)で多型を検出し、それらは対応するタンパク質の多型に対応することから、この方法はLMW-GSの多型の検出に有効である(図2)。

成果の活用面・留意点

  • LMW-GS遺伝子型をグループ特異的PCR法により簡易検定でき、これを生地物性の改善の育種のための基礎データとして用いる。
  • PCR法による遺伝子型の検定では、タンパク質として発現していない偽遺伝子を検出してしまう可能性があるので、場合によってはタンパク質レベルでの分析が必要である。
  • システインを1つ持つ変異型グリアジンがグルテニン分画に存在し、LMW-GSとよく似た分子量持つため、タンパク質電気泳動法で見られるLMW-GSの多型の中にはグリアジン由来のタンパク質も存在する。これら変異型グリアジンを検定するには、新たなPCRプライマーを開発する必要がある。

具体的データ

表1.農林61号の低分子グルテニン遺伝子の分類とその遺伝子座

図1.LMW-GSの分子間結合に関与するシステイン(★)の分布とタイプIIIに特異的に存在する疎水性領域(・)

 

図2.LMW-GSタンパク質と遺伝子の対応付け。

その他

  • 研究課題名:小麦生地物性改良のための低分子グルテニン遺伝子型の簡易判別技術の開発
  • 予算区分:交付金、21世紀1系
  • 研究期間:1998～2001年度
  • 研究担当者:池田達哉、長嶺敬、福岡浩之、矢野博
  • 発表論文等:1)T. M. Ikeda et al. (2002) Theoret. Appl. Genet. 104: 680-687