プレスリリース
古米臭くならない稲品種を早期に簡単な操作で苗が選抜できる DNAマーカーを開発

《背景とねらい》

収穫された米は常温で貯蔵されると、その過程で品質が劣化し、古米臭が発生します。古米臭が発生する主な原因となるのが、玄米中の脂質が米粒の中にある酵 素タンパク質によって酸化分解されて生じる成分です。貯蔵による米の品質低下を防ぐため、作物研究所では米の劣化に関係する酵素タンパク質の比率や量を遺 伝的に改変して、古米臭の出にくい米を開発するための研究を進めてきました。

《成果の内容・特徴》

• 玄米中には、脂質の一種である不飽和脂肪酸を酸化するリポキシゲナーゼ(LOX)という酵素が3種類存在しています。本研究において、世界中から収集したイネ品種の中から、その一つであるLOX3を持たない品種“Daw Dam”を見出しました(図1)。
• LOX3は、玄米中のリポキシゲナーゼの中では最も活性が高く、全LOX活性の8割以上を占めています。LOX3が欠けている玄米では、貯蔵期間に伴って増大する揮発性の脂質酸化分解物(古米臭成分)の蓄積量が、LOX3を持つ玄米の3～5分の1に減少します(図2)。
• 貯蔵中の米の臭いは開封直後には比較的容易に感じることができますが、臭いの成分はすぐに揮発してしまいます。したがって、古米臭の強さを嗅覚だけで判別 するのは難しく、古米臭の原因となる成分の代謝に関わっているLOX3そのものの有無を評価するほうがより正確な評価が可能です。これまでは、米の LOX3タンパク質に対する抗体を用いて、LOX3の有無を判別していましたが、この方法では米の収穫まで待つ必要があり、分析自体も大変な労力と時間が かかりました。そこで、簡易な選抜技術として、苗の葉1枚でLOX3遺伝子の有無を判別できるDNAマーカーを用いた方法を2種類開発しました(図3)。制限酵素処理によりDNAの塩基配列の違いを検出するCleaved Amplified Polymorphic Sequence(CAPS)法と、一塩基の違いを点(ドット)のシグナルとして判定できるドットブロットSNP法です(特願2007-192499)。
• Daw DamのLOX3遺伝子は日本晴のものとわずか1塩基だけ異なり、そのためDaw DamではLOX3タンパク質が作られないことが分かりました。
• 開発されたDNAマーカーを用いることでLOX3を持たないイネを容易に選抜することが可能となりました。これによって、古米臭発生の少ないイネ品種の育成を効率的に進めることができます。

《用語説明》

脂質の酸化分解とリポキシゲナーゼの関係
リポキシゲナーゼ(LOX)は脂肪酸を過酸化する酵素であり、玄米中にはLOX1～3の3種類のLOXが存在します。その活性割合はLOX1～3の順に全LOX活性の0～5%、10～20%、80～90%であり、LOX3が主要なLOXです。LOXは脂質の過酸化物を作り、その過酸化物が酵素的、ないしは非酵素的に分解された揮発性物質が古米臭の原因となります。

DNAマーカー選抜
遺伝子の塩基配列情報を利用すると、品種判別や親子鑑定が可能となる場合があります。本研究の場合、Daw DamのLOX3遺伝子は、日本晴等の正常なLOX3遺伝子と塩基配列が一つだけ異なっていました。このたった一つの塩基配列の違いを利用することで、ここで紹介したようにLOX3があるイネとないイネとを識別することが可能になりました。ここで用いたDNAマーカー選抜方法は、PCRにより増幅したDNAを用いるCAPS法とドットプロットSNP法です。

PCR
DNAの特定の塩基配列の部分を倍々に増幅して、微量のDNAから解析に必要な量のDNAを得る手法です。

CAPS法
PCR法により増幅したDNAを酵素で切断し、得られたDNA断片の大きさを調べる方法です。今回開発した方法では、LOX3を作らないイネのDNA断片(317塩基対)は酵素により切断されませんが、LOX3を作るイネのDNA断片は酵素により切断されて、小さな断片(271塩基対)となります。酵素処理をしたDNAを電気泳動という手法を用いて断片の大きさを比較することで、LOX3遺伝子型を識別することが可能です。

ドットブロットSNP法
プレート上に貼り付けたPCR法により増幅したDNA断片が、識別用のDNAに結合するかどうかで塩基配列情報を調べる方法です。識別用のDNAがプレート上の増幅したDNAと結合すれば、プレート上の点(ドット)として可視的に判別できます。資料では、LOX3を作る正常なLOX3遺伝子を識別する配列“LOX3-NB”とLOX3が作られないDaw DamのLOX3遺伝子を識別する配列“LOX3-DD”を用いています。“LOX3-NB”のみで検出されるイネが正常LOX3遺伝子ホモ、“LOX3-DD”のみで検出されるイネがLOX3欠失型遺伝子ホモ、そして双方で検出されるイネがヘテロ型です。