大豆発芽時の湿害に対する代謝応答はTCA回路やGABA代謝が関係している

• 担当機関: （独）農業・食品産業技術総合研究機構 作物研究所
• 研究期間: 2006～2010
• 研究担当者: 中村卓司; 高橋秀行(岩手生工研); 山本亮; 島村聡; 平賀勧; 中山則和; 岡崎圭毅(北農研); 内宮博文(東大); 小松節子
• 発行年度: 2008
• 要約: 冠水ストレスにより大豆発芽時の代謝は大きく変動し、クエン酸、イソクエン酸、フマル酸、GABA、アラニンの変化が強く影響を与えている。嫌気呼吸により糖含有率が低下し、TCA回路とGABA-shunt経路に関わる代謝産物の集積がともなうことが特徴である。
• キーワード: ダイズ、発芽、湿害、冠水処理、代謝産物
• 背景・ねらい: 日本の大豆は、梅雨期に排水不良の水田転換畑に播種される事例が多いことから、発芽期の湿害が大豆生産の大きな不安定要因となっている。植物の冠水ストレスではエネルギー獲得および生長分化に対する嫌気的環境の影響が関与していることが知られているが、大豆の発芽時の湿害にともなう嫌気ストレスに対する応答に関する研究蓄積は少ない。本研究では、大豆発芽時の冠水処理による湿害ストレスを与え、メタボローム解析を用いその代謝変動について調査し、大豆発芽時の湿害ストレスに対する代謝応答について基礎的情報を得る。

成果の内容・特徴

1. 大豆種子発芽後2日目から4日間冠水処理を行い、冠水処理区では処理１日目で幼植物の生育は対照区と比較して抑制される(http://proteome.dc.affrc.go.jp/cgi-bin/2d/2d.cgi)。冠水処理区で対照区より幼植物の糖含有率の低下程度は大きい(図１)。
2. 本研究の幼植物において75のイオン性代謝産物が同定でき、幼植物の冠水処理による代謝産物の変化について、主成分解析をおこなうと第１主成分で対照区と冠水処理区の2つのグループにクラスタリングできることから、冠水処理によって大きく代謝変動が起こっている(図２)。
3. 主成分解析の第１主成分に対する寄与率(ローディング値)は、アラニン(Ala)、GABA、クエン酸(CA)、イソクエン酸(ICA)、フマル酸 (FA)、リンゴ酸 (MA)が高く、対照区と冠水処理区の代謝変動の差異へこれらの代謝産物の変動が強く影響を与えている(図３)。
4. リンゴ酸以外の上記の代謝産物は冠水処理により集積する(図４)。このことから、湿害ストレスにより大豆発芽時では嫌気呼吸により糖含有率が低下するともに、TCA回路やGABA-shunt経路に関わる代謝産物の集積がともなう。

成果の活用面・留意点

1. 本研究で供試した大豆の品種はエンレイである。生育温度は25℃で、光条件は600μmol m-2 s-1 (明期:12時間/日)である。
2. 大豆の冠水ストレス下の嫌気環境における代謝応答として情報を提供でき、今後の湿害にともなう遺伝子発現調節の研究等にも活用できる。
3. 大豆発芽時の湿害耐性の強弱とこれらの代謝経路に関わる代謝産物の変化との関係については、さらなる調査が必要である。

• カテゴリ: 湿害 水田 大豆 播種 光条件 品種 メタボローム解析 りんご