JP2024106134A - Rice mutant with high resistant starch content, rice flour production method, resistant starch production method, rice flour gel production method, food production method, and method for producing rice mutant with high resistant starch content - Google Patents
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Abstract
Description
特許法第30条第2項適用申請有り 掲載日 令和4年6月4日 掲載アドレス https://doi.org/10.1186/s12284-022-00573-5Application for application of
本発明は、難消化性澱粉高含有イネ変異体、米粉製造方法、難消化性澱粉製造方法、米粉ゲル製造方法、食品製造方法、及び難消化性澱粉高含有イネ変異体の作出方法に係り、特に枝作り酵素とスターチシンターゼアイソザイムの特定の組み合わせにより難消化性澱粉高含有であり、且つ種子重量が高くなる難消化性澱粉高含有イネ変異体、米粉製造方法、難消化性澱粉製造方法、米粉ゲル製造方法、食品製造方法、及び難消化性澱粉高含有イネ変異体の作出方法に関する。 The present invention relates to a rice mutant with a high resistant starch content, a rice flour production method, a method for producing resistant starch, a rice flour gel production method, a food production method, and a method for creating a rice mutant with a high resistant starch content, and in particular to a rice mutant with a high resistant starch content that has a high seed weight and is high in resistant starch due to a specific combination of a branching enzyme and a starch synthase isoenzyme, a rice flour production method, a method for producing resistant starch, a rice flour gel production method, a food production method, and a method for creating a rice mutant with a high resistant starch content.
澱粉は不溶性であり、植物に特有の貯蔵多糖である。また、地球上のほとんどの生物が炭水化物源として、澱粉を利用している。
化学物質としての澱粉は、グルコースのα1,4による直鎖及びα1,6グルコシド結合による枝分かれ構造を含むグルコースポリマーである。
また、澱粉は、主として直鎖からなるアミロースと枝分かれ構造をもつアミロペクチンの高分子の集合体でもある。
Starch is an insoluble storage polysaccharide unique to plants, and is used as a carbohydrate source by most organisms on Earth.
Starch as a chemical substance is a glucose polymer containing linear chains of glucose linked by α1,4 and branched structures linked by α1,6 glycosidic bonds.
Starch is also an aggregate of polymers consisting mainly of straight-chain amylose and amylopectin, which has a branched structure.
澱粉の生合成には、少なくとも4種類の酵素が関与していることが分かっている。この4種類の酵素は、基質供給酵素であるADPグルコースピロホスホリラーゼ(AGPase)、α1,4グルコシド結合を伸長するスターチシンターゼ(SS)、α1,6グルコシド結合からなる枝分かれ構造を形成する枝作り酵素(BE)、アミロペクチンの特徴であるクラスター構造を維持するためにBEが付加した余分な枝分かれ構造をトリミングする枝切り酵素(DBE)である。なお、各酵素には異なる遺伝子にコードされた多数のアイソザイムが存在する。また、澱粉生合成に関与する酵素は、他にもあると考えられている(非特許文献1参照)。 At least four types of enzymes are known to be involved in starch biosynthesis. These four types of enzymes are ADP glucose pyrophosphorylase (AGPase), which is a substrate supplying enzyme; starch synthase (SS), which extends α1,4 glucosidic bonds; branching enzyme (BE), which forms branched structures consisting of α1,6 glucosidic bonds; and debranching enzyme (DBE), which trims the extra branched structures added by BE to maintain the cluster structure that is characteristic of amylopectin. Each enzyme has many isozymes encoded by different genes. It is also believed that there are other enzymes involved in starch biosynthesis (see Non-Patent Document 1).
一方、澱粉には、αアミラーゼ等で容易に消化される成分の澱粉と、消化されにくい難消化性澱粉が存在する。難消化性澱粉(以下、「RS」ともいう。)は、ヒトがもつ消化液では分解されにくく、高分子のまま小腸を通過して大腸に到達する澱粉のことである。難消化性澱粉は、小腸でグルコースにまで分解されにくいため、カロリーオフ効果がある。難消化性澱粉は、アミロース含量が高い澱粉に多く含まれることがある。このため、高アミローストウモロコシが、ダイエット素材として、利用されている。 On the other hand, there are two types of starch: starch that is easily digested by alpha amylase, etc., and resistant starch that is difficult to digest. Resistant starch (hereinafter also referred to as "RS") is starch that is difficult to break down with human digestive juices, and passes through the small intestine as a polymer before reaching the large intestine. Resistant starch has a calorie-reducing effect because it is difficult to break down into glucose in the small intestine. Resistant starch can be found in large amounts in starches with a high amylose content. For this reason, high-amylose corn is used as a diet ingredient.
特許文献1を参照すると、遺伝子組み換え手法を用いず、難消化性澱粉含量が高いイネ変異体が記載されている。この変異体では、イネ枝作り酵素IIb型(BEIIb)の遺伝子座が劣性ホモであり、インディカ米由来のSSIIa遺伝子及びGBSSI遺伝子を交配により導入した非遺伝子組み換え体のイネ変異体を得る。当該イネ変異体は、野生型と比べて、種子重量が8割以上維持され、農業形質が維持されている。さらに、このイネ変異体のイネ種子は、難消化性澱粉含量を含んでおり、炊飯米の難消化性澱粉の含有量が10%~30%となり、アミロースの割合が35%以上となる。
ここで、難消化性澱粉の含有率と米の種子重量は、トレードオフの関係にあり、つまり、難消化性澱粉の含有率が高い系統は、種子が小さくなる。
このため、特許文献1に記載された難消化性澱粉の含有率が高いイネ変異体と同等以上の難消化性澱粉の含有率でありつつ、且つ、種子重量が高いイネ変異体の開発が望まれていた。
Here, there is a trade-off between the resistant starch content and the weight of rice seeds; in other words, lines with a high resistant starch content have smaller seeds.
Therefore, there has been a demand for the development of a rice mutant having a resistant starch content equal to or greater than that of the rice mutant having a high resistant starch content described in
本発明は、このような状況に鑑みてなされたものであり、上述の課題を解消することを課題とする。 The present invention was made in light of these circumstances, and aims to resolve the above-mentioned issues.
本発明の難消化性澱粉高含有イネ変異体は、イネ枝作り酵素IIb型(BEIIb)が欠損し、澱粉粒結合型スターチシンターゼGBSSIの遺伝子がインディカ米由来の高発現型であり、スターチシンターゼSSIIaがジャポニカ米由来の低活性型であり、スターチシンターゼSSIIIaが正常に発現しており、遺伝的に固定されており、非遺伝子組み換え体であることを特徴とする。
本発明の難消化性澱粉高含有イネ変異体は、スターチシンターゼSSIIIaが優性ホモであることを特徴とする。
本発明の難消化性澱粉高含有イネ変異体は、イネ変異体の玄米一粒当たりの平均重量が25mg以上であることを特徴とする。
本発明の難消化性澱粉高含有イネ変異体は、イネ変異体の生米粉における難消化性澱粉の含有率が20%以上であることを特徴とする。
本発明の米粉製造方法は、前記難消化性澱粉高含有イネ変異体のイネ種子の胚乳を粉末化して米粉を製造することを特徴とする。
本発明の難消化性澱粉製造方法は、前記難消化性澱粉高含有イネ変異体のイネ種子の炊飯米、及び/又は該イネ種子が粉末化された米粉から難消化性澱粉を抽出することを特徴とする。
本発明の米粉ゲル製造方法は、前記難消化性澱粉高含有イネ変異体の米粉に加水、加熱して米粉ゲルを製造することを特徴とする。
本発明の食品製造方法は、前記難消化性澱粉高含有イネ変異体のイネ種子、該イネ種子を粉末化した米粉、該米粉から抽出された難消化性澱粉、及び前記米粉に加水、加熱して製造された米粉ゲルのいずれか又は任意の組み合わせを含んで製造することを特徴とする。
本発明の難消化性澱粉高含有イネ変異体の作出方法は、非遺伝子組み換えの方式により、イネ枝作り酵素IIb型(BEIIb)が欠損し、澱粉粒結合型スターチシンターゼGBSSIの遺伝子がインディカ米由来の高発現型であり、スターチシンターゼSSIIaがジャポニカ米由来の低活性型であり、スターチシンターゼSSIIIaが正常に発現しており、遺伝的に固定させることを特徴とする。
The rice mutant with high resistant starch content of the present invention is characterized in that it is deficient in rice branching enzyme type IIb (BEIIb), the gene for granule-bound starch synthase GBSSI is of a high-expression type derived from Indica rice, the gene for starch synthase SSIIa is of a low-activity type derived from Japonica rice, and starch synthase SSIIIa is normally expressed, is genetically fixed, and is a non-genetically modified organism.
The resistant starch-rich rice mutant of the present invention is characterized in that it is homozygous dominant for starch synthase SSIIIa.
The rice mutant with high resistant starch content of the present invention is characterized in that the average weight of one grain of brown rice of the rice mutant is 25 mg or more.
The rice mutant with high resistant starch content of the present invention is characterized in that the content of resistant starch in raw rice flour of the rice mutant is 20% or more.
The method for producing rice flour of the present invention is characterized in that rice flour is produced by powdering the endosperm of rice seeds of the above-mentioned rice mutant with high resistant starch content.
The method for producing resistant starch of the present invention is characterized in that resistant starch is extracted from cooked rice made from rice seeds of the rice mutant having high resistant starch content as described above and/or from rice flour made by powdering the rice seeds.
The method for producing rice flour gel of the present invention is characterized in that rice flour from the rice mutant with high resistant starch content is hydrated and heated to produce rice flour gel.
The method for producing a food product of the present invention is characterized in that the food product is produced using any one or any combination of rice seeds of the rice mutant with high resistant starch content, rice flour obtained by powdering the rice seeds, resistant starch extracted from the rice flour, and rice flour gel produced by adding water to and heating the rice flour.
The method for producing a rice mutant with high resistant starch content of the present invention is characterized in that, by a non-genetically modified method, the rice branching enzyme type IIb (BEIIb) is deficient, the gene for granule-bound starch synthase GBSSI is of a high-expression type derived from Indica rice, the starch synthase SSIIa is of a low-activity type derived from Japonica rice, and starch synthase SSIIIa is normally expressed and genetically fixed.
本発明によれば、イネ枝作り酵素IIb型(BEIIb)が欠損し、インディカ米由来の澱粉粒結合型スターチシンターゼGBSSIの遺伝子が高発現型であり、ジャポニカ米由来のスターチシンターゼSSIIaが低活性型であり、スターチシンターゼSSIIIaが正常に発現することで、従来と同等以上のイネ種子の難消化性澱粉の含有率で、且つ、種子重量が高いイネ変異体を提供することができる。 According to the present invention, a rice mutant can be provided that is deficient in rice branching enzyme type IIb (BEIIb), has a high expression type gene for granule-bound starch synthase GBSSI derived from indica rice, has a low activity type starch synthase SSIIa derived from japonica rice, and has normal expression of starch synthase SSIIIa, thereby providing a rice seed resistant starch content equal to or higher than that of conventional rice and a high seed weight.
<実施の形態>
以下で図面を参照して、本発明の実施の形態について説明する。
本発明者らは、健康に資する機能性米の開発と普及を目指して、食後の血糖値上昇抑制や整腸作用が期待できる難消化性澱粉の含有量(以下、「RS値」という。)を多く含む実用的なイネ変異体の作出を行っていた。加工食品を製造する際、混合割合が少量でより高い機能性を発揮させるためには、さらにRS値が高い品種の開発が必要であった。
具体的には、特許文献1に記載されたようなRS値の高いイネ変異体の系統において、RS値と米の種子重量は、トレードオフの関係にあった。つまり、RS値が高い系統は、種子が小さくなり、種子重量が低くなっていた。種子重量が低いことで、収量の低下につながり、精米効率も低下していた。従って、RS値が高く、且つ、種子重量が高い系統の開発が必要であるという技術的な要求があった。
<Embodiment>
Hereinafter, an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings.
The present inventors aimed to develop and popularize functional rice that contributes to health, and created practical rice mutants with a high content of resistant starch (hereinafter referred to as "RS value") that is expected to suppress postprandial blood glucose rise and regulate the intestines. In order to achieve higher functionality with a small mixing ratio when producing processed foods, it was necessary to develop varieties with an even higher RS value.
Specifically, in a line of a rice mutant with a high RS value as described in
これに対して、本発明者らは、澱粉生合成に関する研究及び試験を鋭意行ってきた。その過程で、澱粉生合成に関与する酵素のうち、枝作り酵素(BE)IIbが欠損すると種子のRS値が著しく上昇することを発見した。さらに、BEIIb以外の澱粉生合成に関与する酵素の欠損や強発現を組み合わせることで、澱粉構造やその性質を制御できることを見出してきた。その試行錯誤の過程で、BEIIbが欠損し、澱粉粒結合型スターチシンターゼ(GBSSI)がインディカ米由来で発現が強く、スターチシンターゼ(SS)IIaの活性は弱く、SSIIIaの活性が正常という組み合わせが、RS値が高く、且つ種子重量が高い組み合わせであることを見出し、本発明を完成するに至った。 In response to this, the inventors have been conducting extensive research and testing on starch biosynthesis. In the process, they discovered that among the enzymes involved in starch biosynthesis, the RS value of seeds increases significantly when branching enzyme (BE) IIb is deficient. Furthermore, they have discovered that the starch structure and properties can be controlled by combining the deficiency and strong expression of enzymes involved in starch biosynthesis other than BEIIb. In the course of trial and error, they discovered that the combination of a deficient BEIIb, a highly expressed granule-bound starch synthase (GBSSI) derived from Indica rice, weak activity of starch synthase (SS) IIa, and normal activity of SSIIIa results in a high RS value and high seed weight, which led to the completion of the present invention.
すなわち、本発明の実施の形態に係るイネ変異体は、イネ枝作り酵素IIb型(BEIIb)が欠損し(「be2b」。以下、遺伝子型の欠損型を小文字の遺伝子名で示す。)、澱粉粒結合型スターチシンターゼGBSSIの遺伝子がインディカ米由来の高発現型(「GBSS1」。以下、遺伝子型の高活性型又は高発現型を大文字の遺伝子名で示す。)であり、スターチシンターゼSSIIaがジャポニカ米由来の低活性型(「ss2aL」。以下、遺伝子型の低活性型を上付きの「L」で示す。)であり、SSIIIaが正常に発現しており、遺伝的に固定されており、非遺伝子組み換え体であることを特徴とする。 That is, the rice mutant according to the embodiment of the present invention is characterized in that it is deficient in rice branching enzyme type IIb (BEIIb) ("be2b"; hereinafter, defective genotypes will be indicated by gene names in lowercase letters), the gene for starch granule-bound starch synthase GBSSI is a high-expression type derived from Indica rice ("GBSS1"; hereinafter, high-activity or high-expression genotypes will be indicated by gene names in uppercase letters), starch synthase SSIIa is a low-activity type derived from Japonica rice ("ss2a L "; hereinafter, low-activity genotypes will be indicated by a superscript " L "), SSIIIa is expressed normally, it is genetically fixed, and it is a non-genetically modified organism.
ここで、SSIIa遺伝子は、インディカ米を野生型(SS2a)と考えたときに、ジャポニカ米のSSIIa遺伝子(ss2aL)では、4か所にアミノ酸置換が生じており、それらが原因で活性が弱くなった酵素を発現する。したがって、本実施形態においては、それぞれ、インディカ米由来のSS2aを「高活性型」、ジャポニカ米由来のss2aLを「低活性型」と呼ぶ。
一方、GBSSI遺伝子は、野生型(GBSS1)であるインディカ米に対して、ジャポニカ米のGBSSI遺伝子(gbss1L)では、イントロン1の最後の塩基に変異が生じており、そのせいでタンパク質の発現が低くなっている。したがって、本実施形態においては、それぞれ、インディカ米由来のGBSS1を「高発現型」、ジャポニカ米由来のgbss1Lを「低発現型」と呼ぶ。
また、SSIIIa遺伝子は、劣性ホモであればss3aと示し、活性を示すもの(正常に発現しているもの、優性ホモ)をSS3aと示す。
Here, when considering indica rice as the wild type (SS2a), the SSIIa gene of japonica rice (ss2a L ) has amino acid substitutions at four positions, which causes the expression of an enzyme with reduced activity. Therefore, in this embodiment, SS2a derived from indica rice is called "high activity type" and ss2a L derived from japonica rice is called "low activity type".
On the other hand, the GBSSI gene of japonica rice (GBSS1 L ) has a mutation in the last base of intron 1, whereas the GBSSI gene of indica rice (GBSS1 L ) has a mutation in the last base of
In addition, the SSIIIa gene is designated as ss3a if it is recessive and as SS3a if it is active (normally expressed, dominant homo).
具体的には、本実施形態に係るイネ変異体は、特定の酵素に対する抗体、分子マーカー、澱粉形質の特定等の技術を用いて、非組み換え(非遺伝子組み換え)の手法で、上述の組み合わせ(ss2aL SS3a GBSS1 be2b)の変異体米として、SS3a be2b変異体とGBSS1をもつインディカ米との交配を行ったものを取得し、分子マーカーにより選抜した。この上で、超多収米品種であり、秋田地方で栽培適性がある「秋田63号」を3回戻し交配した。最終的には、BEIIbが欠損し、且つ、GBSSIがインディカ米由来である系統を、RS値が高く且つ種子重量が高い系統として確立した。具体的には、後述する実施例で示すように、その農業形質を「秋田63号」に類似させた「#1203B-BC3」(実施例では、「#1203B(BC3)」のようにカッコ付けで記載する。)系統を、2系統分、単離した。この#1203B-BC3系統は、特許文献1に記載の従来のRS値が高いのイネ変異体種子と比べても、RS値が高く、種子重量が1.35倍程度、高かった。
このように、本実施形態に係るイネ変異体は、RS値の高い高RSのイネ変異体を加工食品として利用するに当たって、より多くのRSを含み、且つ、種子の大きさや収量などの農業形質がより高いものなるという効果が得られる。
Specifically, the rice mutant according to the present embodiment was obtained by crossing the SS3a be2b mutant with indica rice having GBSS1 as the mutant rice of the above combination (ss2a L SS3a GBSS1 be2b) in a non-recombinant (non-genetically modified) manner using techniques such as antibodies against specific enzymes, molecular markers, and starch trait identification, and was selected by molecular markers. After this, the super high-yielding rice variety "
In this way, when using high-RS rice mutants with high RS values as processed foods, the rice mutants of this embodiment have the advantage of containing more RS and having better agricultural traits such as seed size and yield.
ここで、秋田63号は、高収量、大粒、早生のエリートイネ品種である。秋田63号の種子サイズの拡大は、種子サイズを決定するGS3及びqSW5遺伝子の機能喪失変異によるものである。さらに、秋田63号は優れた窒素吸収能力も示しており、その収量は、同じ施肥条件下で一般的に消費されるジャポニカ米品種である、あきたこまちの150%である。このため、本実施形態に係るイネ変異体では、秋田63号を使用して逐次戻し交雑を行うことで、肥料由来の窒素の環境中への放出を抑え、環境にやさしいイネ品種の開発にもつながる。
なお、アミロペクチンの構造とアミロース含量は、種子の登熟中の周囲温度の影響を受ける可能性があるため、本実施形態に係るイネ変異体の作出時に、戻し交配するエリートイネ品種は、成長環境に基づいて選択し、秋田63号以外のものを選択することも可能である。この場合も、同じ(ss2aL SS3a GBSS1 be2b)の遺伝子型とすることで、当該エリートイネ品種の特質を持ちつつ、RS値を高めることが可能となる。
Here,
Since the amylopectin structure and amylose content may be affected by the ambient temperature during seed ripening, the elite rice variety to be backcrossed when producing the rice mutant of this embodiment may be selected based on the growth environment, and may be selected to be a variety other than
なお、いずれにしても、種子内でSSIIaの活性が低く、GBSSIの発現が高ければ、同様の効果を示す。よって、上述の#1203B-BC3系統以外の変異体であっても、同様の表現型の系統を当業者が作出することが可能である。
さらに、BEIIbに関しても、欠損によりBEIIbの活性がゼロである変異体であれば、同様の表現型となることは言うまでもない。このBEIIb遺伝子への欠損の入り方(塩基置換等)は、特に限定されず、活性がゼロになれば同様の効果が得られる。
また、他の遺伝子についても同様に、塩基置換等は特に限定されず、活性の高さ又は低さについて、同様の効果が得られる程度に有性又は劣性であればよい
In any case, if the activity of SSIIa is low and the expression of GBSSI is high in the seeds, the same effect is exhibited. Therefore, even if it is a mutant other than the above-mentioned #1203B-BC 3 line, a person skilled in the art can create a line with a similar phenotype.
Furthermore, it goes without saying that a mutant in which BEIIb activity is zero due to a deletion will have a similar phenotype. There are no particular limitations on how the deletion is introduced into the BEIIb gene (e.g., base substitution), and the same effect can be obtained as long as the activity is zero.
Similarly, for other genes, the base substitutions and the like are not particularly limited, and it is sufficient that the activity is dominant or recessive to the extent that a similar effect is obtained with respect to the high or low activity.
これに加えて、本発明の実施の形態に係るイネ変異体はSSIIIaが正常に発現していることを特徴とする。具体的には、SSIIIaが野生型、優性ホモ(SS3a)であることを特徴とする。
ここで、上述した#1203B-BC3系統は、スターチシンターゼSSIIIaが野生型の優性ホモ(SS3a)であるのに対して、実施例で示すSSIIIa遺伝子が欠損している#1206-BC3系統はSSIIIaが欠損している(ss3a)。これらを比較したところ、#1203B-BC3系統の方が、#1206-BC3系統よりもRS値が高く、種子が大きくなっていた。すなわち、スターチシンターゼSSIIIa遺伝子が優性ホモである方が、RS値が高く、種子重量も大きくなることが期待できる。
In addition, the rice mutant according to the embodiment of the present invention is characterized in that SSIIIa is normally expressed, specifically, that SSIIIa is wild-type, dominant homozygous (SS3a).
Here, the above-mentioned #1203B-BC 3 line is a wild-type dominant homozygous (SS3a) starch synthase SSIIIa, whereas the #1206-BC 3 line, which is shown in the examples and lacks the SSIIIa gene, lacks SSIIIa (ss3a). When these lines were compared, the #1203B-BC 3 line had a higher RS value and larger seeds than the #1206-BC 3 line. In other words, it can be expected that the line in which the starch synthase SSIIIa gene is dominant homozygous will have a higher RS value and larger seed weight.
また、本発明の実施の形態に係るイネ変異体は、イネ変異体の玄米一粒当たりの平均重量が25mg以上であることを特徴とする。
具体的には、本実施形態に係るイネ変異体は、秋田63号との戻し交配後、すべての系統の種子重量が大幅に増加した。後述する実施例で示すように、#1203B-BC3系統の種子は、典型的な野生型のジャポニカ米の種子(1粒あたり19~20mg)よりも150%重かった(1粒あたり28~29mg)。
このように、本実施形態のイネ変異体は、従来のRS値が高いイネ変異体よりも種子重量が大きいため、精米する上で大きなメリットとなる。また、本発明の実施の形態に係るイネ変異体は、超多収米品種と戻し交配することで、その形質を備えさせることができ、収量が高くなり、生産性の高さが経済性にも貢献する。
これにより、RSを取得したり食品を製造したりする際に低コスト化につながる。このため、実際に食品等を製造する際、又は、炊飯米として提供する際の実用性を高めることができる。
Furthermore, the rice mutant according to the embodiment of the present invention is characterized in that the average weight of one grain of brown rice of the rice mutant is 25 mg or more.
Specifically, the rice mutant according to the present embodiment showed a significant increase in seed weight for all lines after backcrossing with
Thus, the rice mutant according to the present embodiment has a larger seed weight than conventional rice mutants with a high RS value, which is a great advantage in terms of rice milling. In addition, the rice mutant according to the embodiment of the present invention can be backcrossed with a super high-yielding rice variety to impart the traits of the super high-yielding rice variety, resulting in a high yield, and the high productivity contributes to economic efficiency.
This leads to lower costs when acquiring RS and producing food, and therefore improves the practicality when actually producing food or providing it as cooked rice.
また、本発明の実施の形態に係るイネ変異体は、イネ変異体の生米粉におけるRS値が20%以上であることを特徴とする。
このように、本実施形態に係るイネ変異体は、特許文献1のイネ変異体と比べて、#1203B-BC3系統のように種子重量が大きくてもRS値を高めることができる。さらに、本実施形態に係るイネ変異体は、米粉及び炊飯米のRS値も高くなる。実際に、後述する実施例で示すように、野生型の秋田63号ではRS値がごくわずか(0.4%)であったものの、本実施形態に係る#1203B-BC3系統では、図6で示すように、生米粉のRS値は20~29%、すり潰していない炊飯米のRS値は30~35%と高くなった。なお、本実施形態においては、特に記載がない場合、「米粉」は「生米粉」である例について記載する。
また、本実施形態に係るイネ変異体では、特許文献1のイネ変異体よりも、戻し交配により開花が早くなる。これにより、種子の登熟中の温度が高くなることで、RS生合成に最適な温度が確保されることが期待できる。これにより、RSの性質をより好適なものに変化させつつ、RS値をより高めることが期待できる。
Furthermore, the rice mutant according to the embodiment of the present invention is characterized in that the RS value of the rice mutant in raw rice flour is 20% or more.
Thus, the rice mutant according to the present embodiment can increase the RS value even if the seed weight is large, such as the #1203B-BC 3 line, compared to the rice mutant of
Furthermore, in the rice mutant according to the present embodiment, flowering occurs earlier than in the rice mutant of
なお、RS値は、調理方法によって大きく異なる。これに対して、本実施形態の変異体米においては、生米粉、米粉ゲル(糊化米粉)、炊飯米、及びすり潰した炊飯米(米ゲル)において、特許文献1に記載のイネ変異体と同等以上のRS値となる。このため、食品中のRS値も調理方法により変化するものの、本実施形態の変異体米を米粉又は精製澱粉として添加して食品を製造した場合、従来より少ない添加量で、所定のRS値とすることが可能という効果を得ることができる。すなわち、この場合でも、本実施形態のイネ変異体では、種子重量が大きいことから、加える種子の数自体を少なくし、つまりコストを下げることができる。
Note that the RS value varies greatly depending on the cooking method. In contrast, the mutant rice of this embodiment has RS values equal to or greater than those of the rice mutant described in
さらに、本発明の実施の形態に係るss2aL SS3a GBSS1 be2bのイネ変異体は、既に遺伝的に固定された系統であり、この種子を植えて自殖によって稔った種子は、全て同型質になる。このため、安定して生産が可能である。
さらに、本実施形態のイネ変異体は、非遺伝子組み換え体(非組換え体)であるため、一般の水田での栽培も可能となり、大規模栽培も可能である。結果として、栽培用作物として実用性が高いRS値を含むイネ変異体を提供することができる。
また、本実施形態に係る#1203B-BC3系統のイネ変異体のように、ss2aL SS3a GBSS1 be2bのイネ変異体の農業形質等を確定し品種育成への適性を見極め、品種化することで、より農業的な生産体制を確立することが可能となる。
Furthermore, the ss2a L SS3a GBSS1 be2b rice mutant according to the embodiment of the present invention is a genetically fixed line, and all seeds ripened by self-pollination from the seeds are homozygous, which allows for stable production.
Furthermore, since the rice mutant of the present embodiment is a non-genetically modified organism (non-recombinant organism), it can be cultivated in ordinary paddy fields and on a large scale, and as a result, it is possible to provide a rice mutant having an RS value that is highly practical as a cultivated crop.
Furthermore, by determining the agronomic traits of the ss2a L SS3a GBSS1 be2b rice mutant, such as the #1203B-BC 3- line rice mutant according to this embodiment, assessing its suitability for cultivar development, and cultivar development, it will be possible to establish a more agricultural production system.
また、本発明の実施の形態に係るイネ種子の胚乳から製造される澱粉は、特許文献1のイネ変異体種子と同様に、アミロペクチンの鎖長分布のうち、DP13以下が減少され、DP14以上が増加されることを特徴とする。
また、本発明の実施の形態に係るイネ種子の胚乳から製造される澱粉は、特許文献1のイネ変異体種子と同様に、EM10を用いて製造される澱粉よりも1℃以上、典型的には約7℃程度高い、糊化温度であることを特徴とする。
In addition, starch produced from the endosperm of rice seeds according to an embodiment of the present invention is characterized in that, similar to the rice mutant seeds of
Furthermore, the starch produced from the endosperm of the rice seeds according to the embodiment of the present invention is characterized by a gelatinization temperature that is at least 1°C higher, typically about 7°C higher, than starch produced using EM10, similar to the rice mutant seeds of
また、本発明の実施の形態に係る米粉製造方法として、本実施形態に係るイネ変異体のイネ種子の胚乳を粉末化して米粉を製造することが可能である。すなわち、本発明の実施の形態に係るイネ変異体のイネ種子は、粉末化することで米粉としても利用可能であることを特徴とする。
具体的には、本実施形態に係るイネ変異体の種子(変異体米)は、粉砕機等で粉砕して、米粉として使用することができる。この米粉は、生米粉として用いることで、RS値を高めることができる。すなわち、本実施形態に係る米粉製造方法は、生米粉の製造方法であってもよい。
Furthermore, in the method for producing rice flour according to the embodiment of the present invention, it is possible to produce rice flour by powdering the endosperm of the rice seeds of the rice mutant according to the embodiment of the present invention. That is, the rice seeds of the rice mutant according to the embodiment of the present invention are characterized in that they can be used as rice flour by powdering them.
Specifically, the seeds of the rice mutant according to this embodiment (mutant rice) can be pulverized with a grinder or the like and used as rice flour. When this rice flour is used as raw rice flour, the RS value can be increased. That is, the method for producing rice flour according to this embodiment may be a method for producing raw rice flour.
また、本実施形態の変異体米から抽出した澱粉自体を、RSを含む澱粉として使用することも可能である。
さらに、本発明の実施の形態に係るRS製造方法として、本実施形態に係るイネ変異体のイネ種子の炊飯米、及び/又は該イネ種子が粉末化された米粉からRS自体を抽出することも可能である。
Furthermore, the starch extracted from the mutant rice of this embodiment can itself be used as starch containing RS.
Furthermore, as a method for producing RS according to an embodiment of the present invention, it is also possible to extract RS itself from cooked rice made from rice seeds of the rice mutant according to this embodiment and/or from rice flour made by powdering the rice seeds.
さらに、本発明の実施の形態に係る米粉ゲル製造方法として、本実施形態に係るイネ変異体の米粉に加水、加熱して米粉ゲルを製造することも可能である。この米粉ゲルは、後述する実施例の「糊化米粉」と同様な手法で製造し、提供することが可能である。さらに、この米粉ゲルは、モチや団子のようなもの及びこの材料となる加工品も含む。
また、米粉そのものではなく、加水した米自体を炊飯し、高速せん断撹拌することで、ゲル状に加工して米ゲルとして加工することも可能である。この場合、後述する実施例の「すりつぶした炊飯米」と同様な手法で製造可能である。
Furthermore, as a method for producing rice flour gel according to an embodiment of the present invention, it is also possible to produce rice flour gel by adding water to rice flour from the rice mutant according to this embodiment and heating it. This rice flour gel can be produced and provided in a similar manner to the "gelatinized rice flour" in the examples described below. Furthermore, this rice flour gel also includes processed products such as mochi and dumplings, as well as the ingredients used for these.
In addition, instead of using rice flour itself, it is also possible to process rice gel by boiling water-added rice itself and processing it into a gel-like form by high-speed shear stirring. In this case, it can be produced in the same manner as the "mashed cooked rice" in the examples described later.
さらに、本実施形態に係る食品製造方法として、本実施形態に係るイネ変異体のイネ種子、該イネ種子を粉末化した生米粉、該生米粉から抽出されたRSを含む澱粉、米粉に加水、加熱して製造された米粉ゲル(糊化米粉)、炊飯米、米ゲル(すりつぶした炊飯米)のいずれか又は任意の組み合わせを含んで食品を製造することが可能である。 Furthermore, in the food production method according to this embodiment, it is possible to produce food containing any one or any combination of the following: rice seeds of the rice mutant according to this embodiment, raw rice flour powdered from the rice seeds, starch containing RS extracted from the raw rice flour, rice flour gel (gelatinized rice flour) produced by adding water to rice flour and heating it, cooked rice, and rice gel (mashed cooked rice).
具体的には、本実施形態に係る変異体米は、玄米のまま又は精米して機能性米として提供することが可能である。また、変異体米の米粉、及びRSを含む澱粉、米粉ゲルは、食品に混合させて利用することができる。
より具体的には、本実施形態のイネ種子、イネ種子から製造される米粉、及びRSを含む澱粉、米粉ゲルは、精米、レトルトの炊飯米、その他の様々な食品(パン、麺、菓子等)、グルテンフリー食品、RSを精製したサプリメント等に利用できる。さらに具体的には、本実施形態のイネ種子、米粉、及びRSを含む澱粉、米粉ゲルは、ピラフ若しくはリゾット、米菓、グラノーラ等の食品に好適に用いることができ、味わい、口触り、食感、咀嚼感、風味等で特徴ある食品を製造することができる。すなわち、この特徴を食品に付加する等の処理剤として使用できる。このため、本実施形態に係るイネ種子、米粉、及びRSを含む澱粉、米粉ゲルは、食感改良剤としても使用することができる。
Specifically, the mutant rice according to the present embodiment can be provided as functional rice either as brown rice or after polishing. Furthermore, rice flour of the mutant rice, as well as starch and rice flour gel containing RS, can be used by being mixed into foods.
More specifically, the rice seeds, rice flour produced from the rice seeds, and starch and rice flour gel containing RS of this embodiment can be used for polished rice, retort cooked rice, various other foods (bread, noodles, confectionery, etc.), gluten-free foods, supplements containing refined RS, etc. More specifically, the rice seeds, rice flour, starch and rice flour gel containing RS of this embodiment can be suitably used for foods such as pilaf or risotto, rice confectionery, and granola, and can produce foods that are characterized by taste, mouth feel, texture, chewing feeling, flavor, etc. That is, they can be used as a processing agent to add this characteristic to foods. For this reason, the rice seeds, rice flour, and starch and rice flour gel containing RS according to this embodiment can also be used as texture improvers.
また、本実施形態に係るイネ種子、米粉、RSを含む澱粉、及び米粉ゲルは、これらを用いた各種健康食品やダイエット食品等に利用可能である。特に、後述するように、#1203B-BC3系統の一部系統のように果皮の赤い系統の玄米は、ポリフェノールを多く含むため、抗酸化活性等が期待できる。このため、食品加工、健康食品メーカー、病院、老人介護施設の給食、弁当、牛丼メーカー、コンビニ、ドラッグストアー等で利用可能である。 Furthermore, the rice seeds, rice flour, starch containing RS, and rice flour gel according to the present embodiment can be used in various health foods, diet foods, and the like. In particular, as described below, brown rice with red skin, such as some strains of the #1203B-BC 3 strain, contains a lot of polyphenols and is expected to have antioxidant activity, etc. For this reason, it can be used in food processing, health food manufacturers, hospitals, meals at elderly care facilities, bento boxes, beef bowl manufacturers, convenience stores, drug stores, and the like.
また、このような本実施形態に係る変異体米及びこの粉末等を用いた食品は、麺、パン、ピラフ、かゆ、米菓等の米由来のダイエット素材として用いることが可能である。また、これらの食品は、習慣的に摂取することにより、低カロリー性を備え、大腸環境を整えるため糖尿病、大腸癌、便秘の予防等の効果が期待される。 Furthermore, the mutant rice according to this embodiment and foods using the powder thereof can be used as rice-derived diet ingredients such as noodles, bread, pilaf, porridge, and rice crackers. Furthermore, by habitually consuming these foods, they are low in calories and are expected to be effective in preventing diabetes, colon cancer, and constipation by improving the large intestine environment.
すなわち、本発明の実施の形態に係るイネ種子、米粉、及びRSを含む澱粉、米粉ゲルは、従来のEM10よりアミロース含量が増加していることで、EM10とは違った物性を示す。ここで、本実施形態のイネ種子、イネ種子から製造される米粉、及びRSを含む澱粉、米粉ゲルは、高アミロース含量及びアミロペクチンの長鎖が多いことに起因する老化性の高さから、老化性が有利に働く調理法において、調理性を高めることができる。 In other words, the rice seeds, rice flour, starch containing RS, and rice flour gel according to the embodiment of the present invention have a higher amylose content than conventional EM10, and therefore exhibit different physical properties from EM10. Here, the rice seeds, rice flour produced from rice seeds, and starch containing RS and rice flour gel according to the present embodiment have high amylose content and high retrogradation properties due to the large number of long chains of amylopectin, and therefore can improve cooking properties in cooking methods where retrogradation properties are advantageous.
ここで、RSは、消化酵素によって容易に分解されない澱粉として単純に定義されているものの、RS構造が異なる変異体イネ系統間で異なることを示す証拠が増えている。消化酵素による分解後の残留澱粉の構造分析によって、アミロペクチン分岐が少ないものの長い(DP>15)ことと、アミロース含量が高いことが、消化酵素による分解に対する耐性の高さと相関することが示唆されている。これは、隣接するグルカン鎖が二重らせんを形成するためであり、不完全ではあるが、澱粉が消化されにくくなっているためである。残留澱粉中の長いグルカン鎖の含有量は、生米粉よりも、糊化米粉の方が高くなる。これは、老化したアミロペクチンが近くの枝やアミロースと二重らせんを形成する可能性が高く、消化酵素によって分解されにくくなるためである。 Here, RS is simply defined as starch that is not easily degraded by digestive enzymes, but increasing evidence indicates that RS structure differs among different mutant rice lines. Structural analysis of residual starch after digestive enzyme digestion suggests that fewer but longer amylopectin branches (DP>15) and higher amylose content correlate with higher resistance to digestion by digestive enzymes. This is because adjacent glucan chains form double helices, which, although incomplete, make the starch less digestible. The content of long glucan chains in residual starch is higher in gelatinized rice flour than in raw rice flour. This is because retrograded amylopectin is more likely to form double helices with nearby branches and amylose, making it less digestible by digestive enzymes.
健康のために澱粉を改良するのに考慮すべきこととして、澱粉構造は、血流へのグルコースの放出速度に影響を与える。したがって、本実施形態に係るイネ変異体の種子による米粉のように、RSに加えて消化速度の遅い澱粉の割合が増えることで、食後の血糖値スパイクを防ぐのに有益である可能性がある。消化後の残留グルカン鎖からなるRSは、繊維のようにプレバイオティクス様に機能し、大腸フローラによる短鎖脂肪酸の産生を促進し、結腸癌やアレルギーを予防し得るという効果が期待できる。 One consideration in improving starch for health is that starch structure influences the rate of glucose release into the bloodstream. Thus, increasing the proportion of slow-digesting starch in addition to RS, as in the rice flour from seeds of the rice mutant according to the present embodiment, may be beneficial in preventing post-prandial blood sugar spikes. RS, which consists of residual glucan chains after digestion, acts like fiber in a prebiotic manner, promoting the production of short-chain fatty acids by the large intestine flora, and may have the effect of preventing colon cancer and allergies.
加えて、本実施形態に係る#1203B-BC3は、現時点で2系統あり、そのうち1系統は果皮が赤く、玄米で加工した場合、ポリフェノールが豊富であるため、抗酸化活性が強いと予想される。このため、玄米で使用する場合、RSによる機能性に加えて、新たな機能性を付与することが可能である。 In addition, there are currently two strains of #1203B- BC3 according to this embodiment, one of which has a red skin and is rich in polyphenols, so it is expected to have strong antioxidant activity when processed with brown rice. Therefore, when used with brown rice, it is possible to impart new functionality in addition to the functionality provided by RS.
また、本実施形態のイネ変異体の米粉や澱粉は、アミロースの含量が高いことにより、工業的な用途にて使用可能である。これは、生分解性プラスチック等、成形が必要な場合は、老化性が高い方が有利であるためである。たとえば、アミロースは温水に溶けるため、フィルム状に成形して、生分解性フィルム、医療用材料、縫合糸のような用途に用いることができる。また、体内で吸収分解される性質を用いて、再生医療の「足場」用の部材として用いることが可能である。
さらに、グラスファイバー作成時の資材、工業用糊、建築材料の配合剤、植物栽培用の資材等、様々な工業用途に利用可能である。
このように、本実施形態に係るイネ変異体は産業上利用することができる。
Furthermore, the rice flour and starch of the rice mutant of this embodiment can be used for industrial purposes due to their high amylose content. This is because when molding is required, such as for biodegradable plastics, a high aging property is advantageous. For example, since amylose dissolves in warm water, it can be molded into a film and used for applications such as biodegradable films, medical materials, and sutures. Furthermore, its property of being absorbed and decomposed in the body can be used as a component for "scaffolding" in regenerative medicine.
Furthermore, it can be used for various industrial purposes, such as a material for making glass fiber, industrial glue, a compounding agent for building materials, and a material for plant cultivation.
In this way, the rice mutant according to this embodiment can be used industrially.
以上のように、本発明の実施の形態に係るイネ変異体の作出方法においては、高いRS値をもつイネ変異体及びその製造方法、並びに該イネ変異体に由来するRS値が高い澱粉、米粉ゲル、及びその製造方法を得ることができる。さらに、本発明は、当該澱粉を利用する飲食品及び工業製品に用いることができる。 As described above, the method for producing rice mutants according to the embodiment of the present invention makes it possible to obtain rice mutants with high RS values and their production methods, as well as starch and rice flour gel with high RS values derived from the rice mutants and their production methods. Furthermore, the present invention can be used in food and beverage products and industrial products that utilize the starch.
以下で、図を参照しながら本発明の実施例について説明するが、本発明はこれらの実施例によって何ら制限されるものではない。 Below, examples of the present invention will be described with reference to the drawings, but the present invention is not limited to these examples.
〔実験方法と材料〕
(植物材料)
イネ(Oryza sativa L.)be2b単一変異体、EM10(ss2aL SS3a gbss1L be2b)は、ジャポニカ米の野生型(WT)品種であるKinmaze(ss2aL SS3a gbss1L BE2b)のN-methyl-N-nitrosourea(メタンニトロソウレア、MNU)変異誘発集団から、特許文献1に記載されたように分離されたものである。なお、上述の各系統の遺伝子を示す小文字は劣性、大文字は優性を示す。また、各遺伝子の「L」は、活性又は発現量が低い低活性型であることを示し、「L」のついていないものは活性又は発現量が通常又は高い活性型(高発現型)であることを示す。たとえば、EM10の(ss2aL SS3a gbss1L be2b)は、SSIIa遺伝子がジャポニカ米由来の低活性型で、SS3aはSSIIIa遺伝子が優性型、gbss1L は、GBSSI遺伝子が劣性で低発現型、be2b遺伝子が劣性で発現がゼロであることを示す。EM10は、BEIIbのイントロン9の最後のヌクレオチドに変異を持っており、これがスプライシングを阻害し、タンパク質を産生しない。
[Experimental Methods and Materials]
(Plant material)
The rice (Oryza sativa L.) be2b single mutant, EM10 (ss2a L SS3a gbss1 L be2b), was isolated from an N-methyl-N-nitrosourea (MNU) mutagenized population of Kinmaze (ss2a L SS3a gbss1 L BE2b), a wild-type (WT) variety of Japonica rice, as described in
ss3a be2b変異体の#4019系統(ss2aL ss3a gbss1L be2b)は、ジャポニカ米品種である日本晴のTos17挿入変異体であるss3a変異体(e1、ss2aL ss3a gbss1L BE2b)とbe2b変異体のEM10とを交配することによって生成された。
また、e1系統は、SSIIIaの最初のエクソン1にTos17が挿入されており、SSIIIaタンパク質を生成しない。
The ss3a be2b mutant line #4019 (ss2a L ss3a gbss1 L be2b) was generated by crossing the ss3a mutant (e1, ss2a L ss3a gbss1 L BE2b), a Tos17 insertion mutant of the japonica rice cultivar Nipponbare, with the be2b mutant EM10.
Furthermore, the e1 strain has a Tos17 insertion in the
SS2a及び/又はGBSS1対立遺伝子を導入するために、be2b又はss3a be2bの系統を、インディカ米品種であるカサラス(SS2a SS3a GBSS1 BE2b)と交配し、それぞれ#1203又は#1206と名付けた。
次に、インディカ米由来の高活性型SSIIaと高発現レベルのGBSSIを持つ#1206系統、#1206C(SS2a ss3a GBSS1 be2b)系統を、超多収のエリートジャポニカ米品種である秋田63号(ss2aL SS3a gbss1L BE2b)と交配した。得られたF1種子を成長させ、自家受粉させてF2種子を得た。F2種子からDNAを分離し、分子マーカーによって、SSIIa遺伝子及びGBSSI遺伝子がインディカ米品種に由来するパターンを示す個体を選抜し、更にSSIIIa遺伝子及びBEIIb遺伝子型において、求める遺伝子型をもつもの(つまり、#1203系統はSSIIIa遺伝子が優性型でBEIIb遺伝子が劣性、#1206系統は両遺伝子が劣性の遺伝子をもつものである)を選抜し、栽培を続けた。
To introduce the SS2a and/or GBSS1 alleles, the be2b or ss3a be2b lines were crossed with an indica rice cultivar, Kasalath (SS2a SS3a GBSS1 BE2b), and named #1203 or #1206, respectively.
Next, the #1206 and #1206C (SS2a ss3a GBSS1 be2b) lines, which have high activity SSIIa and high expression levels of GBSSI derived from indica rice, were crossed with Akita 63 (ss2a L SS3a gbss1 L BE2b), an elite japonica rice variety with high yield. The resulting F 1 seeds were grown and self-pollinated to obtain F 2 seeds. DNA was isolated from the F 2 seeds, and individuals showing patterns of SSIIa and GBSSI genes derived from indica rice varieties were selected using molecular markers, and those with the desired genotypes in the SSIIIa and BEIIb genotypes (i.e., the #1203 line has a dominant SSIIIa gene and a recessive BEIIb gene, and the #1206 line has recessive genes for both genes) were selected and continued to be cultivated.
このようにして、ホモ接合体である#1203A(BC3)、#1203B(BC3)、及び#1203C(BC3)系統が単離された。また、#1203B(BC3)系統は、#1203B(BC3)-1及び#1203B(BC3)-2の二つを用いた。#1203C(BC3)も、#1203C(BC3)-1及び#1203C(BC3)-2の二つを用いた。また、#1206A(BC3)、#1206B(BC3)、#1206C(BC3)の系統も単離された。この本実施例で使用された系統の遺伝子型は、後述する表1に示す。さらに、自殖を繰り返したF3種子及びF4種子をその後の分析に使用した。すべてのイネ系統は秋田県立大学の実験水田で夏の間、自然光条件下で栽培された。
In this manner,
(DNA抽出方法)
上述の分子マーカーによる選抜のため、幼植物からのDNAを抽出した。具体的には、培地からセルトレイに移植した幼植物の葉身2cm程度をマルチビーズショッカー用のチューブに移し、液体窒素に入れ、凍らせてマルチビーズショッカーで粉砕した(SPEED METER:1600rpm、ON TIME:20秒、CYCLE:1回)。400μLのDNA抽出バッファー(200mM Tris-HCl(pH7.5)、250mM NaCl、25mM EDTA、0.5%SDS)を加えてボルテックスし、15000rpm、20℃で5分間、遠心分離した。上清300μLを新しい1.5mLチューブに移し、300μLのイソプロパノールを加えよく混合し、15分間静置した。その後、上述のものと同じ条件で遠心分離し、チューブの底に半透明な沈殿があるか確認した後、70%エタノール1mLを加えて攪拌し、遠心分離後、上清を除去した。残った沈殿を減圧乾燥し、氷上で25μLのTEバッファー(10mM Tris-HCl(pH 7.5)、1mM EDTA-2Na)を加え懸濁した。その後、実験に用いるまで-30℃で冷凍保存した。
(DNA Extraction Method)
For the selection by the molecular markers described above, DNA was extracted from the seedlings. Specifically, about 2 cm of the leaf blade of the seedlings transplanted from the medium to the cell tray was transferred to a tube for a multi-beads shocker, placed in liquid nitrogen, frozen, and crushed with a multi-beads shocker (SPEED METER: 1600 rpm, ON TIME: 20 seconds, CYCLE: 1 time). 400 μL of DNA extraction buffer (200 mM Tris-HCl (pH 7.5), 250 mM NaCl, 25 mM EDTA, 0.5% SDS) was added, vortexed, and centrifuged at 15000 rpm and 20 ° C. for 5 minutes. 300 μL of the supernatant was transferred to a new 1.5 mL tube, 300 μL of isopropanol was added, mixed well, and left to stand for 15 minutes. Then, the mixture was centrifuged under the same conditions as above, and after confirming whether there was a semi-transparent precipitate at the bottom of the tube, 1 mL of 70% ethanol was added and stirred, and after centrifugation, the supernatant was removed. The remaining precipitate was dried under reduced pressure and suspended in 25 μL of TE buffer (10 mM Tris-HCl (pH 7.5), 1 mM EDTA-2Na) on ice. The mixture was then frozen and stored at -30°C until use in an experiment.
(ウエスタンブロッティング)
ウエスタンブロッティングのため、各タンパク質は、特許文献1に記載の手法に、わずかな変更を加えて分画した。
具体的には、成熟した米粒を細かい粉末に粉砕した。可溶性タンパク質(Soluble Protein)及び澱粉にゆるく結合したタンパク質(Proteins Loosely Bound to the starch granule)(以下、これらを「SP+LBP」という。)は、55mM Tris-HCl(pH6.8)、8M 尿素、2.3%(w/v)のドデシル硫酸ナトリウム(SDS)、及び5%(v/v)β-メルカプトエタノール、10%(w/v)グリセロールを含む20ボリューム(w/v)のバッファーを使用して抽出された。遠心分離後、上清に0.1M Tris-HCl(pH6.8)、10%SDS、12% β-メルカプトエタノール、20%グリセロール、0.2% ブロモフェノールブルーを含む3×SDS-サンプルバッファーを半量加え、5分間、煮沸した。SP+LBPを抽出した後に得られた残りの澱粉ペレットを、
55mM Tris-HCl(pH6.8)、2.3%(w/v)のドデシル硫酸ナトリウム(SDS)、及び5%(v/v) β-メルカプトエタノール、10%(w/v)グリセロールを含む1mLのバッファーで洗浄した。澱粉に強固に結合したタンパク質(Proteins Tightly Bound to Starch。以下、「TBP」という。)は、125mM Tris-HCl(pH6.8)、8M 尿素、4%(w/v) SDS、5%(v/v) β-メルカプトエタノール、及び0.05%(w/v) ブロモフェノールブルーを含む30ボリューム(w/v)のバッファーを用いて、室温で一晩抽出した。遠心分離後、上清を使用した。
(Western Blotting)
For Western blotting, each protein was fractionated according to the method described in US Pat. No. 5,399,633, with slight modifications.
Specifically, mature rice grains were ground into a fine powder, and soluble proteins and proteins loosely bound to the starch granule (hereafter referred to as "SP+LBP") were extracted using 20 volumes (w/v) of buffer containing 55 mM Tris-HCl (pH 6.8), 8 M urea, 2.3% (w/v) sodium dodecyl sulfate (SDS), 5% (v/v) β-mercaptoethanol, and 10% (w/v) glycerol. After centrifugation, half of the supernatant was added with 3xSDS-sample buffer containing 0.1M Tris-HCl (pH 6.8), 10% SDS, 12% β-mercaptoethanol, 20% glycerol, and 0.2% bromophenol blue, and boiled for 5 minutes. The remaining starch pellet obtained after extraction of SP+LBP was
The mixture was washed with 1 mL of a buffer containing 55 mM Tris-HCl (pH 6.8), 2.3% (w/v) sodium dodecyl sulfate (SDS), 5% (v/v) β-mercaptoethanol, and 10% (w/v) glycerol. Proteins tightly bound to starch (hereinafter referred to as "TBP") were extracted overnight at room temperature with 30 volumes (w/v) of a buffer containing 125 mM Tris-HCl (pH 6.8), 8 M urea, 4% (w/v) SDS, 5% (v/v) β-mercaptoethanol, and 0.05% (w/v) bromophenol blue. After centrifugation, the supernatant was used.
すべてのタンパク質サンプルは、7.5%アクリルアミドゲルでのSDS-ポリアクリルアミドゲル電気泳動によって分離され、メンブレン(PVDF膜、MILLIPORE社製、IPVH0010)にブロットされた。メンブレンを4% スキムミルク/TBS(10mM Tris-HCl(pH7.5)、500mM NaCl)10mLで振盪し、10分間ブロッキングを行った。ブロッキング後に、抗GBSSI(1:5000希釈、非特許文献2)、抗SSIIa(1:1000希釈、非特許文献3)、抗SSIIIa(1:1000希釈、非特許文献4)、及び抗BEIIb(1:5000、非特許文献5)を添加し、4℃で一晩インキュベートした。 All protein samples were separated by SDS-polyacrylamide gel electrophoresis in a 7.5% acrylamide gel and blotted onto a membrane (PVDF membrane, MILLIPORE, IPVH0010). The membrane was shaken in 10 mL of 4% skim milk/TBS (10 mM Tris-HCl (pH 7.5), 500 mM NaCl) and blocked for 10 minutes. After blocking, anti-GBSSI (1:5000 dilution, Non-Patent Document 2), anti-SSIIa (1:1000 dilution, Non-Patent Document 3), anti-SSIIIa (1:1000 dilution, Non-Patent Document 4), and anti-BEIIb (1:5000, Non-Patent Document 5) were added and incubated overnight at 4°C.
翌日、メンブレンを約50mLの蒸留水で3回すすぎ、約50mLのTBST2(10mM Tris-HCl(pH7.5)、500mM NaCl、0.02% Tween20)で1回、洗浄した。その後、パーオキシダーゼ標識二次抗体(Bio Rad社製)を4% スキムミルク/TBS(10mM Tris-HCL(pH7.5)、500mM NaCl)で5000倍希釈した二次抗体溶液10mLに浸し、約2時間ゆっくり浸とうさせた。その後、メンブレンを約50mLの蒸留水で3回すすぎ、約50mLのTBST2で1回洗い、TBSで3回洗った後、新しいTBSに浸し、検出に用いた。 The next day, the membrane was rinsed three times with approximately 50 mL of distilled water and washed once with approximately 50 mL of TBST2 (10 mM Tris-HCl (pH 7.5), 500 mM NaCl, 0.02% Tween 20). It was then immersed in 10 mL of a secondary antibody solution in which peroxidase-labeled secondary antibody (Bio Rad) was diluted 5,000-fold with 4% skim milk/TBS (10 mM Tris-HCl (pH 7.5), 500 mM NaCl) and allowed to slowly immerse for approximately 2 hours. The membrane was then rinsed three times with approximately 50 mL of distilled water, washed once with approximately 50 mL of TBST2, washed three times with TBS, and then immersed in fresh TBS for use in detection.
洗浄したメンブレンにECL溶液(Pierece West Pico Chrmiluminescnt substrate)を1mLかけることで発光させ、Fuji LAS4000(富士フイルム株式会社製)で発光したバンドを写真に撮り、その画像データをソフトウェア:MultiGaugeを用いて、検出したバンドの明るさやコントラストを編集した。 1 mL of ECL solution (Pierce West Pico Chromiluminescent substrate) was applied to the washed membrane to cause it to emit light, and the emitting bands were photographed using a Fuji LAS4000 (manufactured by Fujifilm Corporation). The image data was then edited using software: MultiGauge to determine the brightness and contrast of the detected bands.
(種子の形態観察)
玄米の種子の形態観察は、実体顕微鏡(SZX7-ILST-0(SP)、OLYMPUS製)を使用して、光源を上下に配置して観察した。写真は、デジタルカメラを使用して撮影された。
(Observation of seed morphology)
The morphology of brown rice seeds was observed using a stereomicroscope (SZX7-ILST-0 (SP), manufactured by OLYMPUS) with light sources arranged above and below. Photographs were taken using a digital camera.
(澱粉の精製方法)
澱粉の精製は、冷アルカリ浸漬法(Yamamoto他、Denpun Kagaku 28:241-244(1981))を用いて、精白米粒から澱粉を精製した。
10gの玄米を80%まで精米し、0.1% NaOHを100mL加えて一晩4℃で静置した。
翌日、上清を捨て、氷上で、50mLの0.1% NaOHとともに乳鉢ですりつぶし、100μmのメッシュに通すことを5回繰り返した後、3000g、4℃で10分間遠心分離した。
沈殿に0.1% NaOHを150mL加えて氷中で3時間振とうし、3000g、4℃で10分間遠心分離した。沈殿を、0.1% NaOH 200mLで懸濁し、一晩4℃で静置した。翌日、上清を捨て、蒸留水で懸濁し、1Nの塩酸で中和した。さらに、蒸留水で5回洗浄し、乾燥させ、乳鉢で粉体にした。
(Starch Refining Method)
Starch was purified from polished rice grains using the cold alkali steeping method (Yamamoto et al., Denpun Kagaku 28:241-244 (1981)).
10 g of brown rice was polished to 80%, and 100 mL of 0.1% NaOH was added thereto and allowed to stand overnight at 4°C.
The next day, the supernatant was discarded, and the mixture was ground in a mortar with 50 mL of 0.1% NaOH on ice, passed through a 100 μm mesh, and centrifuged at 3,000 g at 4° C. for 10 minutes.
150 mL of 0.1% NaOH was added to the precipitate, which was then shaken in ice for 3 hours and centrifuged at 3000 g and 4° C. for 10 minutes. The precipitate was suspended in 200 mL of 0.1% NaOH and allowed to stand overnight at 4° C. The next day, the supernatant was discarded, the precipitate was suspended in distilled water, and neutralized with 1N hydrochloric acid. The precipitate was then washed five times with distilled water, dried, and powdered in a mortar.
(澱粉の枝切り及びゲル濾過)
精製した澱粉5mgに蒸留水0.25mLを加えて混合し、2NのNaOHを0.25mL加えて、37℃で2時間糊化させた。
これに蒸留水3.65mLを加え、5N HClを95μL加えて中和させた。次に、100mMの酢酸緩衝液(pH3.5)を1.5mL加え、シュードモナスイソアミラーゼ(EC3.2.1.68、林原生物化学研究所製)を12.5μL(約875unit)加え、37℃で24時間、振盪しながら反応させた。
そして、エタノールを5mL加え、ロータリーエバポレーターで乾固させた。これに蒸留水を0.4mL及び2NのNaOHを0.4mL加えて、4℃で30分間糊化させ、5μmのフィルターで濾過した後、ろ液をゲル濾過カラムにアプライした。
Starch debranching and gel filtration
0.25 mL of distilled water was added to 5 mg of purified starch and mixed, and 0.25 mL of 2N NaOH was added thereto, followed by gelatinization at 37° C. for 2 hours.
3.65 mL of distilled water was added to the mixture, and 95 μL of 5N HCl was added to neutralize the mixture. Next, 1.5 mL of 100 mM acetate buffer (pH 3.5) was added, and 12.5 μL (approximately 875 units) of Pseudomonas isoamylase (EC 3.2.1.68, manufactured by Hayashibara Biochemical Laboratories) was added, and the mixture was reacted at 37° C. for 24 hours with shaking.
Then, 5 mL of ethanol was added and the mixture was dried using a rotary evaporator, 0.4 mL of distilled water and 0.4 mL of 2N NaOH were added thereto, and the mixture was gelatinized at 4° C. for 30 minutes. The mixture was then filtered through a 5 μm filter, and the filtrate was applied to a gel filtration column.
使用したカラムは、TSKgel Toyopearl HW55S(300×20mm)1本にTSKgel Toyopearl HW50S(300×20mm)3本(両カラムとも、TOSOH社製)を直列に接続したものであり、溶離液は0.2% NaCl/0.05NのNaOHを用いた。糖量は、カラムに接続したRIディテクター(RI8020、東ソー社製)で検出した。 The columns used were one TSKgel Toyopearl HW55S (300 x 20 mm) and three TSKgel Toyopearl HW50S (300 x 20 mm) (both columns manufactured by Tosoh Corporation) connected in series, and the eluent used was 0.2% NaCl/0.05N NaOH. The amount of sugar was detected with an RI detector (RI8020, manufactured by Tosoh Corporation) connected to the columns.
(アミロース含量)
澱粉は、シュードモナスイソアミラーゼ(林原生物化学研究所製)を使用して枝切りし、ゲル濾過クロマトグラフィー(Toyopearl HW-55S及びHW-50S×3、東ソー社製)で分析した。アミロース(Fraction I)、長いアミロペクチン鎖(Fraction II)、短いアミロペクチン鎖(Fraction III)の各ピークを、特許文献1に記載されたものと同様に定量化した。
(Amylose content)
Starch was debranched using Pseudomonas isoamylase (Hayashibara Biochemical Laboratories) and analyzed by gel filtration chromatography (Toyopearl HW-55S and HW-
(アミロペクチンの鎖長分布解析)
成熟したイネ種子から澱粉を抽出し、シュードモナスイソアミラーゼ(林原生物化学研究所製)を使用して枝切りした。次に、枝切りされた澱粉を蛍光標識し、キャピラリー電気泳動(P/ACE MDQ Plus Carbohydrate System、AB Sciex社製)で分析した。
(Analysis of chain length distribution of amylopectin)
Starch was extracted from mature rice seeds and debranched using Pseudomonas isoamylase (Hayashibara Biochemical Laboratories, Inc.), and the debranched starch was then fluorescently labeled and analyzed by capillary electrophoresis (P/ACE MDQ Plus Carbohydrate System, AB Sciex, Inc.).
具体的に説明すると、試料は、完熟種子1粒から外内穎及び胚を取り除き、ペンチで胚乳を粉砕した後、エッペンドルフチューブ内でプラスチック製ホモジナイザー(グライナー社製)を用いてさらに磨砕した粉末を用いた。
各々に5mLのメタノールを加え、10分間煮沸した。次に、2500gで10分間遠心分離し、上清を除去し、90% メタノールを5mL加え2度洗浄した。
さらに、沈殿に0.3N NaOHを300μL加え、5分間煮沸して澱粉を糊化させた。
その糊化液を氷酢酸19μLで中和した後、蒸留水を1100μL、0.6Mの酢酸緩衝液(pH4.4)を100μL、2% アジ化ナトリウムを15μL、シュードモナスイソアミラーゼ(EC3.2.1.68、林原生物化学研究所製)を2μL(約210unit)加え、スターラーバーで撹拌しながら37℃で8時間以上反応させた。
Specifically, the sample was prepared by removing the lemma and embryo from one fully ripe seed, crushing the endosperm with pliers, and then further grinding the powder in an Eppendorf tube using a plastic homogenizer (Greiner).
Each was added with 5 mL of methanol, boiled for 10 minutes, centrifuged at 2500 g for 10 minutes, the supernatant was removed, and each was washed twice with 5 mL of 90% methanol.
Furthermore, 300 μL of 0.3 N NaOH was added to the precipitate, and the mixture was boiled for 5 minutes to gelatinize the starch.
The gelatinized liquid was neutralized with 19 μL of glacial acetic acid, and then 1100 μL of distilled water, 100 μL of 0.6 M acetate buffer (pH 4.4), 15 μL of 2% sodium azide, and 2 μL (approximately 210 units) of Pseudomonas isoamylase (EC 3.2.1.68, Hayashibara Biochemical Laboratories) were added, and the mixture was allowed to react at 37° C. for more than 8 hours while stirring with a stirrer bar.
次に、イソアミラーゼを2μL追加して8時間以上反応した後、15分沸騰し、常温において10000gで遠心分離し、上清に脱イオンレジン(AG501-X8(D)、Bio-Rad社製)を加えて、30分間、せん回し、脱イオンした。
次に、α-グルカン鎖の非還元末端を蛍光標識するため試料中の糖含量を定量し5~10nmol相当の還元末端をもつα-グルカン鎖を遠心濃縮機で乾燥させ、1-アミノピレン-3,6,8-三硫酸塩(APTS)溶液(2.5% APTS、15% 酢酸)を2μL、シアン化ホウ素ナトリウム溶液(1Mのシアン化ホウ素ナトリウム)を2μL添加し、55℃で90分間反応させた。蒸留水46μLを添加し、反応を停止した。
分析時には20倍に蒸留水で希釈して用いた。鎖長分布解析は、キャピラリー電気泳動装置(P/ACE MDQ、AB Sciex社製)を用いて行った。
グルコース重合度(DP)5以上の各ピーク面積を数値化し、DP70までのピーク面積の合計を100%としたときの各DPの割合(Molar%)を算出した。また、各変異体イネから野生型イネのパターンを引いた差分(ΔMolar%)のグラフを作成した。
Next, 2 μL of isoamylase was added and reacted for more than 8 hours, after which the mixture was boiled for 15 minutes and centrifuged at 10,000 g at room temperature. Deionizing resin (AG501-X8(D), Bio-Rad) was added to the supernatant, which was then swirled for 30 minutes and deionized.
Next, in order to fluorescently label the non-reducing ends of the α-glucan chains, the sugar content in the sample was quantified, and the α-glucan chains having reducing ends equivalent to 5 to 10 nmol were dried using a centrifugal concentrator, and 2 μL of 1-aminopyrene-3,6,8-trisulfate (APTS) solution (2.5% APTS, 15% acetic acid) and 2 μL of sodium borocyanide solution (1 M sodium borocyanide) were added, followed by reaction for 90 minutes at 55° C. The reaction was stopped by adding 46 μL of distilled water.
For analysis, the solution was diluted 20-fold with distilled water. Chain length distribution analysis was performed using a capillary electrophoresis apparatus (P/ACE MDQ, manufactured by AB Sciex).
The area of each peak with a degree of glucose polymerization (DP) of 5 or more was quantified, and the percentage (Molar%) of each DP was calculated when the total area of the peaks up to
(RS値の測定)
さまざまな形態の試料(生米粉、糊化米粉、すり潰していない炊飯米、すり潰した炊飯米)のRS含量は、特許文献1と同様に決定された。
まず、炊飯方法について述べる。15mLフタ付き遠沈管に約100mgの精米(5~8粒)を秤量し、パスツールピペットを用いて遠沈管内でサンプルを2回水洗した。遠沈管内の水分が精米重量の1.5倍±0.3mgの水量になるように蒸留水を加えた。すなわち、遠沈管内の全重量が精米の2.5倍になるようにした。遠沈管側面に付いた水を遠心分離機にかけて落とした。5合炊き炊飯器の炊飯釜に約250mLの水道水を入れ、マイクロチューブスタンドとガラスシャーレ(直径12cm)を置き、その上にサンプルの入った15mL遠沈管をななめに置いて、5合炊き炊飯器で炊飯した。
次に、RS含量は、メガザイム社が販売しているRS Assay Kit(以下、「RS測定キット」という。)により測定した。
(Measurement of RS value)
The RS content of the samples in various forms (raw rice flour, gelatinized rice flour, unmashed cooked rice, and mashed cooked rice) was determined similarly to US Pat. No. 5,399,633.
First, the rice cooking method will be described. Approximately 100 mg of polished rice (5-8 grains) was weighed into a 15 mL centrifuge tube with a lid, and the sample was washed twice in the centrifuge tube using a Pasteur pipette. Distilled water was added so that the water content in the centrifuge tube was 1.5 times the weight of the polished rice ± 0.3 mg. In other words, the total weight in the centrifuge tube was 2.5 times the weight of the polished rice. The water on the side of the centrifuge tube was removed using a centrifuge. Approximately 250 mL of tap water was placed in the rice cooker of a 5-go rice cooker, a microtube stand and a glass petri dish (diameter 12 cm) were placed on top of them, and the 15 mL centrifuge tube containing the sample was placed diagonally on top of them, and the rice was cooked in the 5-go rice cooker.
Next, the RS content was measured using an RS Assay Kit (hereinafter referred to as "RS measurement kit") sold by Megazyme.
RS測定キットの測定用のパンクレアチンα-アミラーゼ(10mg/mL)+アミログルコシターゼ(3U/mL)の作成方法は以下の通りである。
50mL遠沈管に0.1Mマレート・ナトリウム・バッファー(pH 6.0)50mLとRS測定キットに付属のブタ膵臓α-アミラーゼ0.5gを溶かし、氷上で5分間振とう機で撹拌した。300U/mLに希釈したアミログルコシターゼ(AMG)溶液0.5mLを加え撹拌し3000rpm、25℃、10分遠心分離し、上清を新しい50mL遠沈管に移した。この試薬は必要分等倍に変化させ、その都度作成した。
The method for preparing pancreatin α-amylase (10 mg/mL) + amyloglucosidase (3 U/mL) for measurement with the RS measurement kit is as follows.
50 mL of 0.1 M sodium malate buffer (pH 6.0) and 0.5 g of porcine pancreatic α-amylase included in the RS measurement kit were dissolved in a 50 mL centrifuge tube and stirred on ice for 5 minutes with a shaker. 0.5 mL of amyloglucosidase (AMG) solution diluted to 300 U/mL was added and stirred, then centrifuged at 3000 rpm, 25°C, for 10 minutes, and the supernatant was transferred to a new 50 mL centrifuge tube. This reagent was changed to the same amount as needed and prepared each time.
このように準備したパンクレアチンα-アミラーゼ(10mg/mL)+AMG(3U/mL)4mLを各炊飯米に加え、恒温振とう機(MH-10,TAITEC社製)を用いて164rpm、37℃で16時間、激しく振とうさせた。100%エタノール4mLを加えて撹拌し、3000rpm、25℃、10分間で遠心分離し、50mL遠沈管に、すばやく上清を回収した。沈殿物に50%エタノールを2mL入れて撹拌した後、再度50%エタノールを8mL加え、全体量を10mLにし、撹拌した。3000rpm、25℃、10分間で遠心分離して、上記の50mL遠沈管にすばやく上清を移した。この作業をもう一度行い、沈殿(この中に含まれる難消化性澱粉をrsとする)と上清(この中に含まれる可溶化した澱粉量をnon-rsとする)を分離した。なお、この一連の操作の際に用いた遠心分離機は(Allegra X-30R、BECKMAN社製)であり、スイングローター(SX4400)のバケットを用いた。
4 mL of the prepared pancreatin α-amylase (10 mg/mL) + AMG (3 U/mL) was added to each cooked rice and vigorously shaken at 164 rpm and 37°C for 16 hours using a thermostatic shaker (MH-10, manufactured by TAITEC). 4 mL of 100% ethanol was added and stirred, then centrifuged at 3000 rpm, 25°C, and 10 minutes, and the supernatant was quickly collected in a 50 mL centrifuge tube. 2 mL of 50% ethanol was added to the precipitate and stirred, and then 8 mL of 50% ethanol was added again to make the
沈殿に残っている上清をピペットでできるだけ取り除き、15mL遠沈管に入っているrsをプラスチックペッスルで潰しながら、2mLの2M KOHを加えた。スターラーバーを入れ、氷中で20分撹拌した。1.2M酢酸バッファー(pH3.8)を8mL、AMG(3300U/mL)を0.1mL加えて、rsをグルコースまで分解させた。5分に1回ボルテックスで撹拌しながら、50℃で30分加熱し、3000rpm、25℃、10分間で遠心分離した。
グルコースまで分解されたrsは遠沈管の目盛11mL、non-rsは目盛30mLまで、蒸留水でメスアップした。rsは難消化性澱粉の含量が高いサンプル(難消化性澱粉が15%を超えるもの)及び、non-rsは0.1M酢酸ナトリウムバッファー(pH4.5)で10倍希釈した。各溶解液及び希釈液10μLとグルコース測定試薬(GOPOD溶液)150μLとをそれぞれ2ホールずつ96穴のマイクロプレートの各穴にアプライした。また、別の穴に、検量線作成のためのグルコース溶液標準液(mg/mL)、その上から、0.1M酢酸ナトリウムバッファー(pH4.5)、グルコース測定試薬(GOPOD溶液)をアプライした。マイクロプレートシートでふたをし、ハイブリオーブン(TAITEC HB-80)で50℃、20分間反応させた。反応後、マイクロプレートリーダーを用いて、510nmの吸光度を測定した。
グルコース溶液の測定値から検量線を引き、各サンプルのグルコース濃度(mg/mL)を求め、100mg精米中のrs及びnon-rs量を算出した。RS値(%)は以下の式(1)により算出した。
RS値(%)=rs(mg)/[rs(mg)+non-rs(mg)]……式(1)
The supernatant remaining in the precipitate was removed as much as possible with a pipette, and 2 mL of 2M KOH was added while crushing the rs in the 15mL centrifuge tube with a plastic pestle. A stir bar was added and the mixture was stirred in ice for 20 minutes. 8 mL of 1.2M acetate buffer (pH 3.8) and 0.1 mL of AMG (3300 U/mL) were added to decompose the rs into glucose. The mixture was heated at 50°C for 30 minutes while stirring with a vortex once every 5 minutes, and centrifuged at 3000 rpm, 25°C, and 10 minutes.
The centrifuge tube was filled up to 11 mL with distilled water for rs decomposed to glucose, and 30 mL for non-rs. The rs was a sample with a high content of resistant starch (more than 15% resistant starch), and the non-rs was diluted 10-fold with 0.1 M sodium acetate buffer (pH 4.5). 10 μL of each dissolution solution and dilution solution and 150 μL of glucose measurement reagent (GOPOD solution) were applied to each well of a 96-well microplate, two holes each. In addition, a glucose solution standard solution (mg/mL) for creating a calibration curve was applied to another well, followed by 0.1 M sodium acetate buffer (pH 4.5) and glucose measurement reagent (GOPOD solution). The microplate was covered with a sheet and reacted in a hybrid oven (TAITEC HB-80) at 50° C. for 20 minutes. After the reaction, the absorbance at 510 nm was measured using a microplate reader.
A calibration curve was drawn from the measured values of the glucose solution, the glucose concentration (mg/mL) of each sample was determined, and the amounts of rs and non-rs in 100 mg of polished rice were calculated. The RS value (%) was calculated using the following formula (1).
RS value (%) = rs (mg) / [rs (mg) + non-rs (mg)] ... Formula (1)
(糊化温度の測定)
105℃で2時間乾燥させた澱粉、約3mgに蒸留水9μLを加えて混合し、昇温速度3℃/分で5℃から200℃までの温度変化させたときの示差走査熱量が、示差走査熱量測定器DSC(Differential Scanning Calorimetry)であるDSC6100(セイコーインスツル株式会社製)で測定された。
その後、同機種のアプリケーションソフトを用いて、糊化開始温度、糊化ピーク温度、糊化終了温度、及び糊化熱量が算出された。
(Measurement of gelatinization temperature)
Approximately 3 mg of starch dried at 105° C. for 2 hours was mixed with 9 μL of distilled water, and the temperature was raised from 5° C. to 200° C. at a heating rate of 3° C./min. The differential scanning calorimetry (DSC) was measured using a DSC6100 (manufactured by Seiko Instruments Inc.).
Then, the gelatinization start temperature, gelatinization peak temperature, gelatinization end temperature, and gelatinization heat were calculated using the application software of the same model.
(データ分析)
種子の重量、アミロース含量、熱糊化特性、及びRS値は、Tukey-Kramer法によって統計的に分析された(P<0.05)。
(Data Analysis)
Seed weight, amylose content, thermal pasting properties, and RS value were statistically analyzed by the Tukey-Kramer method (P<0.05).
〔結果〕
(SSとBEの有無)
高RS値の性質をもち、且つ、種子重が大きいイネ系統を育成するため、SSIIa遺伝子型が高活性型(SS2a)か低活性型(ss2aL)か、GBSSI遺伝子型が高発現型(GBSS1)か低発現型(gbss1L)か、SSIIIa遺伝子型並びにBEIIb遺伝子型が優性型(それぞれ、SS3a並びにBE2b)か劣性型(それぞれ、ss3a並びにbe2b)か、についてのあらゆる組み合わせの材料を作出し、それらを超多収米品種である秋田63号と3回戻し交配した系統を単離した。
これらの本実施例で使用したすべての系統の遺伝子型と、その粒重関連データを、下記の表1に示す。
〔result〕
(With or without SS and BE)
In order to develop rice lines with high RS values and large seed weights, we produced all combinations of SSIIa genotypes, whether they were high activity (SS2a) or low activity (ss2a L ), GBSSI genotypes, whether they were high expression (GBSS1) or low expression (gbss1 L ), and SSIIIa and BEIIb genotypes, whether they were dominant (SS3a and BE2b, respectively) or recessive (ss3a and be2b, respectively), and isolated lines by backcrossing these three times with
The genotypes of all the lines used in this example and their grain weight-related data are shown in Table 1 below.
具体的には、表1は、それぞれ、系統(Line)、遺伝子型(Genotype)、粒重(Grain weight)、平均値±標準誤差%(Mean±SE)、戻し交配後の増加率(Rate of increase)(%)を示す。
表中において、粒重は、各イネ系統の玄米1個の重量(mg)であり、平均±標準誤差(SE、n=20)及び野生型(WT)品種の金南風(Kinmaze)の種子重量のパーセントとして示す。異なる小文字は、異なる系統間の有意差を示す(P<0.05、Tukey-Kramer法)。
また、増加率は、戻し交配前の種子重量に対する戻し交配後の種子重量の増加率を示す。同じ遺伝子型を持つ複数の系統が利用可能な場合、平均種子重量を使用した。
Specifically, Table 1 shows the line, genotype, grain weight, mean ± standard error % (Mean ± SE), and rate of increase after backcrossing (%).
In the table, the grain weight is the weight (mg) of one brown rice grain for each rice line, and is shown as the mean ± standard error (SE, n = 20) and as a percentage of the seed weight of the wild-type (WT) variety Kinmaze. Different lowercase letters indicate significant differences between different lines (P < 0.05, Tukey-Kramer method).
The increase rate indicates the increase rate of seed weight after backcrossing relative to the seed weight before backcrossing. When multiple lines with the same genotype were available, the average seed weight was used.
この戻し交配系統の#1203A(BC3)は、SS2a SS3a gbss1L be2bであった。#1203B(BC3)は、ss2aL SS3a GBSS1 be2bであった。#1203C(BC3)は、SS2a SS3a GBSS1 be2bである。加えて、#1203B(BC3)の2系統を、#1203B(BC3)-1、#1203B(BC3)-2とし、#1203C(BC3)の2系統を#1203C(BC3)-1、#1203C(BC3)-2とした。
戻し交配系統#1206A(BC3)は、SS2a ss3a gbss1L be2bであった。#1206B(BC3)は、ss2aL ss3a GBSS1 be2bであった。#1206C(BC3)は、SS2a ss3a GBSS1 be2bであった。
Of these backcross lines, #1203A (BC 3 ) was SS2a SS3a gbss1 L be2b. #1203B (BC 3 ) was ss2a L SS3a GBSS1 be2b. #1203C (BC 3 ) was SS2a SS3a GBSS1 be2b. In addition, the two lines of #1203B (BC 3 ) were named #1203B (BC 3 )-1 and #1203B (BC 3 )-2, and the two lines of #1203C (BC 3 ) were named #1203C (BC 3 )-1 and #1203C (BC 3 )-2.
図1に、この完熟胚乳の抽出物を用いた澱粉生合成酵素SSIIa、SSIIIa、GBSSI、BEIIbのウエスタンブロッティング解析の結果を示す。
図1(a)は可溶性タンパク質及び澱粉にゆるく結合したタンパク質(SP+LBP)、図1(b)は澱粉に強固に結合したタンパク質(TBP)の結果を示す。
FIG. 1 shows the results of Western blotting analysis of the starch biosynthetic enzymes SSIIa, SSIIIa, GBSSI, and BEIIb using an extract from this ripe endosperm.
FIG. 1(a) shows the results for soluble proteins and proteins loosely bound to starch (SP+LBP), and FIG. 1(b) shows the results for proteins tightly bound to starch (TBP).
SSIIIaはe1、#4019、及び3つの#1206(BC3)系統すべてに存在しないことが示された。同様に、抗BEIIb抗体を用いたウエスタンブロッティングにより、EM10、#4019、及びすべての#1203(BC3)及び#1206(BC3)系統でBEIIbが存在しないことが確認された。 SSIIIa was shown to be absent in e1, #4019, and all three #1206( BC3 ) lines. Similarly, Western blotting using anti-BEIIb antibody confirmed the absence of BEIIb in EM10, #4019, and all #1203( BC3 ) and #1206( BC3 ) lines.
GBSSIと活性型SSIIaとは、澱粉と強固に結合していることが知られている。抗SSIIa抗体を使用したTBPのウエスタンブロッティングでは、秋田63号、e1、#1203B(BC3)、及び#1206B(BC3)等のss2aL遺伝子型を持つ系統よりも、野生型のカサラス(Kasalath)、#1203A(BC3)、#1203C(BC3)、#1206A(BC3)、及び#1206C(BC3)等のSS2a遺伝子型(すなわち、活性型SSIIaを含む)を持つイネ系統の方が、SSIIaがより豊富に存在することが明らかになった。BEIIbが存在しない場合も、EM10及び#4019のTBP画分のSSIIaタンパク質の量が増加した。
GBSSI and active SSIIa are known to be tightly bound to starch. Western blotting of TBP using anti-SSIIa antibody revealed that SSIIa was more abundant in rice lines with SS2a genotype (i.e., active SSIIa) such as wild-type Kasalath, #1203A (BC 3 ), #1203C (BC 3 ), #1206A (BC 3 ), and #1206C (BC 3 ) than in lines with ss2a L genotype such as
GBSSIは、TBP画分に富んでいた。カサラス、#1203B(BC3)、#1203C(BC3)、#1206B(BC3)、及び#1206C(BC3)等のGBSS1遺伝子型を持つ系統には、秋田63号、EM10、e1、#4019、#1203A(BC3)、#1206A(BC3)等のgbss1L遺伝子型を持つ系統よりもより高いレベルのGBSSIタンパク質が含まれていた。
これらの結果は、本実施例で使用されたすべての系統が正しい遺伝子型を持ち、SSIIa、SSIIIa、GBSSI、及びBEIIbタンパク質存在量についても予想されるパターンを示すことを確認するものであった。
GBSSI was enriched in the TBP fraction. Lines carrying the GBSS1 genotype, such as Kasalath, #1203B (BC 3 ), #1203C (BC 3 ), #1206B (BC 3 ), and #1206C (BC 3 ), contained higher levels of GBSSI protein than lines carrying the gbss1 L genotype, such as
These results confirmed that all strains used in this example had the correct genotype and showed the expected patterns of SSIIa, SSIIIa, GBSSI, and BEIIb protein abundance.
(種子の形態と種子の重さ)
図2に、各イネ系統の完熟玄米(脱皮成熟種子)の形態を示す。各系統において、上図は完熟玄米の上から光を当てて撮影した写真、下図は完熟玄米の下から光を当てて撮影した写真である。スケールバーは5mmである。玄米が白濁していると、下から光を当てると黒く見える。
(Seed morphology and seed weight)
Figure 2 shows the morphology of fully ripe brown rice (molted mature seeds) of each rice line. For each line, the upper image is a photograph taken with light shining on the fully ripe brown rice from above, and the lower image is a photograph taken with light shining on the fully ripe brown rice from below. The scale bar is 5 mm. If the brown rice is cloudy, it will look black when light is shone on it from below.
BEIIbを欠くすべてのイネ系統の種子は白濁であったが、WT、秋田63号、及びカサラスの種子は半透明であった。#1203B(BC3)-2及び#1203C(BC3)-2の種子は、カサラスから継承された特性である赤い果皮を示した。長粒種子を生成したカサラスと、種子が他の系統の種子よりも小さく、時には扁平であった#1203A(BC3)を除き、BC3系統は全て大きな短粒種子を形成した。
Seeds of all rice lines lacking BEIIb were opaque, whereas seeds of WT,
上述した表1に示したように、秋田63号の種子重量は大きく(1粒あたり28mg)、典型的なジャポニカイネ品種である金南風の種子重量(1粒あたり19mg)の149%であった。戻し交配後のすべてのRS高含量の系統の種子重量は、戻し交配前のRS高含量系統と比較して大幅に改善され、約132~190%増加した(EM10は181%、#4019は134%、#1203Aは135%、#1203Bは最大190%、#1203Cは153%、#1206Aは145%、#1206Bは132%、及び#1206Cは145%)。すなわち、#1203B系統は、種子重量が、ほぼ25mg以上となった。
As shown in Table 1 above, the seed weight of
#1203A(BC3)を除く、ほぼすべての系統の戻し交配後の種子重量は、典型的なジャポニカ米である金南風の重量と同等かそれより重かった。#1203B(BC3)系統は、全ての戻し交配系統の中で最大の種子を生産し、種子あたりの平均重量は28~29mgで、秋田63号の種子重量とほぼ同じであった。#1203Aの種子重量は、種子あたり平均12.7mgであった。戻し交配前に比べて戻し交配後の種子重量は135%増加したが、これはすべての戻し交配系統の中で最も低かった。これらの結果は、戻し交配がRS高含量の系統の種子重量を首尾よく増加させたことを示している。これは、おそらく、種子サイズが大きいだけでなく、澱粉合成中の最適温度を確保する早期開花にも関与する遺伝子座の継承によって引き起こされたものである。戻し交配系統は、戻し交配前の系統の開花時期よりも約10~30日早く、8月の初めに開花した。早期の開花は、胚乳澱粉生合成がピークに達する開花後5~30日(DAF)での累積温度の上昇が伴った。戻し交配後の累積温度は680~693°Cであったが、戻し交配前の累積温度は452~640°Cであった。
The seed weights of almost all lines after backcrossing, except #1203A (BC 3 ), were equal to or heavier than that of Kin-nampu, a typical japonica rice. #1203B (BC 3 ) line produced the largest seeds among all backcross lines, with an average weight per seed of 28-29 mg, almost the same as that of
(アミロース含量とアミロペクチンの短鎖と長鎖の比率)
GBSSIの発現レベルは、種子登熟中の温度の影響を受ける。種子登熟中の温度が高いと、GBSSIのRNAスプライシングが損なわれ、成熟したGBSSIのmRNAの転写量が低下し、結果としてGBSSIタンパク質のレベルが低下し、アミロース含量が減少する。高アミロース含量は、RS値の上昇に寄与することが知られているため、戻し交配後のRS高含量の系統の見かけのアミロース含量をゲル濾過クロマトグラフィーで分析した。
具体的には、枝切り澱粉を使用して、戻し交配前のものと、澱粉生合成酵素の異なる組み合わせを含むイネ系統のものと比較した。
(Amylose content and ratio of short to long chains of amylopectin)
The expression level of GBSSI is affected by temperature during seed development. High temperatures during seed development impair GBSSI RNA splicing, leading to reduced transcription of mature GBSSI mRNA, resulting in reduced GBSSI protein levels and reduced amylose content. Since high amylose content is known to contribute to increased RS values, the apparent amylose content of the backcrossed high RS lines was analyzed by gel filtration chromatography.
Specifically, debranched starch was used and compared with that of rice lines containing different combinations of starch biosynthetic enzymes before and after backcrossing.
図3に、枝切り澱粉を用いたゲル濾過クロマトグラフィーによる見かけのアミロース含量の測定結果と、アミロペクチンの短鎖と長鎖の比率とを示す。
澱粉を枝切りしたもののゲル濾過クロマトグラフィーのパターンは、3つのピークにわかれ、最も速く検出されるピーク(Fr.I、画分I)が見かけのアミロース、2番目に検出されるピーク(Fr.II、画分II)がクラスターを連結するB2鎖より長いアミロペクチンの長鎖、3番目に検出されるピーク(Fr.III、画分III)がアミロペクチンのクラスター内の短鎖である。すなわち、このゲル濾過クロマトグラフィーでは、画分Iには、アミロースとアミロペクチンの超長鎖が含まれているものの、主にアミロースを含んでいる。画分IIにはアミロペクチンの長鎖が含まれている。画分IIIにはアミロペクチンの短鎖が含まれている。図3は、これらを数値化したものを示す。
FIG. 3 shows the results of the apparent amylose content measured by gel filtration chromatography using debranched starch and the ratio of short chains to long chains of amylopectin.
The gel filtration chromatography pattern of debranched starch is divided into three peaks, the first peak detected (Fr. I, fraction I) is apparent amylose, the second peak detected (Fr. II, fraction II) is a long chain of amylopectin longer than the B2 chain that connects the clusters, and the third peak detected (Fr. III, fraction III) is a short chain within the amylopectin cluster. That is, in this gel filtration chromatography, fraction I contains amylose and very long chains of amylopectin, but mainly contains amylose. Fraction II contains long chains of amylopectin. Fraction III contains short chains of amylopectin. Figure 3 shows the numerical values of these.
図3(a)は、見かけのアミロース含量(画分I)を示す。
図3(b)は、短いアミロペクチン鎖と長いアミロペクチン鎖の比率(画分III/画分II)を示す。すなわち、画分IIIの値を画分IIの値で割って計算した、短いアミロペクチン鎖と長いアミロペクチン鎖の比である。
いずれも、異なる小文字は有意差を示す(P<0.05;Tukey-Kramer法)
FIG. 3(a) shows the apparent amylose content (fraction I).
Figure 3(b) shows the ratio of short to long amylopectin chains (fraction III/fraction II), i.e. the ratio of short to long amylopectin chains calculated by dividing the value of fraction III by the value of fraction II.
In all cases, different lowercase letters indicate significant differences (P<0.05; Tukey-Kramer method).
結果として、#4019や#1206等のss3a be2b系統の見かけのアミロース含量は、EM10や#1203等のbe2b系統よりも戻し交配の前後で高かった。EM10や#1203等のbe2b系統の短いアミロペクチン鎖と長いアミロペクチン鎖の比率は、戻し交雑に関係なく、#4019や#1206等のss3a be2b系統(1.1~1.5)よりも低かった(0.8~1.2)。これらの結果は、#1203系統が#1206系統よりも長いアミロペクチン鎖を含むことを示している。
be2b系統のうち、#1203Bや#1203C等のGBSS1遺伝子型を持つ系統のアミロース含量(35~39%)は、EM10(20~27%)や#1203A(15-16%)等のgbss1L系統よりも高かった、#1203Aの見かけのアミロース含量は、戻し交雑に関係なく、EM10よりも低かった。
As a result, the apparent amylose content of ss3a be2b lines, such as #4019 and #1206, was higher than that of be2b lines, such as EM10 and #1203, both before and after backcrossing. The ratio of short to long amylopectin chains in be2b lines, such as EM10 and #1203, was lower (0.8-1.2) than that of ss3a be2b lines, such as #4019 and #1206 (1.1-1.5), regardless of backcrossing. These results indicate that #1203 contains longer amylopectin chains than #1206.
Among the be2b lines, the amylose content (35-39%) of lines with the GBSS1 genotype, such as #1203B and #1203C, was higher than that of gbss1 L lines, such as EM10 (20-27%) and #1203A (15-16%). The apparent amylose content of #1203A was lower than that of EM10, regardless of backcrossing.
すべてのss3a be2b系統の見かけのアミロース含量は高く、GBSS1又はgbss1L対立遺伝子を持つ系統間で有意差は観察されなかった。これは、SSIIIaが存在しないとAGPase活性が上昇し、GBSSIを含むスターチシンターゼ(SS)の基質であるADP-グルコースレベルが上昇すると、GBSSIの発現レベルが低い場合でもアミロース生合成が促進されるためと考えられる。さらに、GBSSIの高発現レベルは、ADP-グルコースの量の制限のために、見かけのアミロース含量をさらに増加させることができない場合がある。
ほとんどすべての系統の見かけのアミロース含量は、戻し交配後にわずかに減少した。これはおそらく、種子登熟中の高温のためである。
The apparent amylose content of all ss3a be2b lines was high, and no significant differences were observed between lines carrying the GBSS1 or gbss1 L alleles. This is likely because the absence of SSIIIa increases AGPase activity, and the increased levels of ADP-glucose, a substrate for starch synthase (SS) including GBSSI, promote amylose biosynthesis even at low expression levels of GBSSI. Furthermore, high expression levels of GBSSI may not be able to further increase the apparent amylose content due to the limiting amount of ADP-glucose.
The apparent amylose content of almost all lines decreased slightly after backcrossing, probably due to high temperatures during seed development.
(アミロペクチン分岐構造)
次に、詳細なアミロペクチン分岐構造を明らかにするために、澱粉を枝切りし、キャピラリー電気泳動で分析した。
(Amylopectin branch structure)
Next, to reveal the detailed amylopectin branching structure, the starch was debranched and analyzed by capillary electrophoresis.
図4Aに、#1203(BC3)、秋田63号、カサラス、及びEM10(BC3)の胚乳アミロペクチンの鎖長分布パターンの比較結果を示す。図4A(a)は、#1203A(BC3)、(b)は#1203B(BC3)、(c)は#1203C(BC3)の鎖長分布パターンをそれぞれ示す。各グラフは、少なくとも三回の試行結果から得られた典型的なパターンを示す。
Figure 4A shows the comparison of the chain length distribution patterns of endosperm amylopectin of #1203 (BC 3 ),
結果として、秋田63号の鎖長分布パターンと比較し、BEIIbを欠くEM10(BC3)及び#1203(BC3)系統のピークアミロペクチン鎖長は、DP11からDP14まで、3グルコース鎖分、増加した。また、これらのピークの高さは秋田63号のものよりも、かなり低かった。これは、EM10(BC3)及び#1203(BC3)系統にて、秋田63号の分布と比較して、BEIIbの損失が短鎖の数を減少させ、長鎖の数を増加させたことを示している。#1203(BC3)系統の鎖長分布パターンは、戻し交配前と基本的に同じであり、わずかな増加のみが見られた(DP<20)。
As a result, the peak amylopectin chain lengths of EM10 (BC 3 ) and #1203 (BC 3 ) lines lacking BEIIb increased by 3 glucose chains from DP11 to DP14 compared to the chain length distribution pattern of
ここで、#1203(BC3)系統と秋田63号系統の鎖長分布パターンの違いをより詳しく調べた。
図4Bに、BEIIb損失の影響を判断するため、#1203(BC3)系統の値から秋田63号の値を差し引いて差分曲線を作成したものを示す。図4B(a)は「#1203A(BC3)-秋田63号」、(b)は「#1203B(BC3)-秋田63号」、(c)は「#1203C(BC3)-秋田63号」の結果をそれぞれ示す。
結果として、短鎖(DP<13)の数は大幅に減少したが、長鎖(DP>15)の数は秋田63号の数と比較して#1203(BC3)系統で増加していた。
Here, the differences in the chain length distribution patterns between #1203 (BC 3 ) and Akita No. 63 were examined in more detail.
To assess the impact of BEIIb loss, difference curves were created by subtracting the values for
As a result, the number of short chains (DP<13) was significantly decreased, whereas the number of long chains (DP>15) was increased in the #1203 (BC 3 ) lineage compared with that in
図4C(a)は、be2b遺伝子型でのアミロペクチン構造に対する活性型SSIIaの効果を調べるため、差分曲線を作成したものを示す。図4C(a)は「#1203A(BC3)-EM10(BC3)」及び「#1203C(BC3)-#1203B(BC3)」を、「カサラス-秋田63号」と比較したものである。
Figure 4C(a) shows the difference curves generated to investigate the effect of active SSIIa on amylopectin structure in the be2b genotype, comparing #1203A(BC 3 )-EM10(BC 3 ) and #1203C(BC 3 )-#1203B(BC 3 ) with Kasalath-
また、カサラスの鎖長分布パターンは、秋田63号に比べて2グルコース鎖分、大きい側にシフトしており、カサラスの値から秋田63号の値を差し引いた差分曲線は、秋田63号の短鎖がカサラスより多いことを示し、従来の結果と一致していた。これは、活性型SSIIaはアミロペクチン分岐をDP6~12からDP12~24に伸長するように機能するためである。
The chain length distribution pattern of Kasalath was shifted to the larger side by two glucose chains compared to
このように、秋田63号に対する短鎖の減少率は、#1203B(BC3)よりも#1203A(BC3)と#1203C(BC3)の方が大きく、活性型SSIIaは短鎖を利用し、より長い鎖を生成することが示された。 Thus, the reduction rate of short chains for Akita No. 63 was greater for #1203A (BC 3 ) and #1203C (BC 3 ) than for #1203B (BC 3 ), indicating that active SSIIa utilizes short chains and produces longer chains.
結果として、活性型SSIIaを持つ系統には、短いアミロペクチン枝(DP≦12)が少なく、長いアミロペクチン枝(13<DP<30)が含まれており、活性型SSIIaが短いアミロペクチン鎖(DP≦12)から長いアミロペクチン枝(13<DP<30)を合成することを示していた。ただし、「カサラス-秋田63号」と比較して、BEIIbの非存在下ではモル%の絶対値がはるかに小さかった。これはおそらく、BEIIb損失による短い分岐が欠如しており、これがSSIIaのプライマーとして機能するためであった。
As a result, the lines with active SSIIa contained fewer short amylopectin branches (DP ≤ 12) and longer amylopectin branches (13 < DP < 30), indicating that active SSIIa synthesizes longer amylopectin branches (13 < DP < 30) from shorter amylopectin chains (DP ≤ 12). However, the absolute value of the mole percentage was much smaller in the absence of BEIIb compared to Kasalath-
次に、図5Aにより、#1206系統(BC3)と、秋田63号系統、カサラス系統、及び#4019系統(BC3)との胚乳アミロペクチンの鎖長分布パターンの比較について説明する。図5(a)は#1206A(BC3)、(b)は#1206B(BC3)、(c)は#1206C(BC3)の鎖長分布パターンを、それぞれ示す。各グラフは、少なくとも三回の試行結果から得られた典型的な一つパターンを示す。
Next, a comparison of the chain length distribution patterns of endosperm amylopectin between #1206 line (BC 3 ) and
結果として、SSIIIaとBEIIbを欠く#4019(BC3)系統と#1206(BC3)系統の鎖長分布パターンも、DP11からDP12または14へと、秋田63号と比較して約2グルコース鎖分、大きな側にシフトしていた。
#4019(BC3)系統及び#1206(BC3)系統はDP14でより高いピークを示し、#1203(BC3)とは対照的に、DP19で特徴的な下がり方を示した。#1206(BC3)系統の鎖長分布パターンは、戻し交配前とほぼ同じであり、わずかな増加(DP<20)のみが検出された。
As a result, the chain length distribution patterns of #4019 (BC 3 ) and #1206 (BC 3 ) strains lacking SSIIIa and BEIIb were also shifted from DP11 to DP12 or 14, approximately two glucose chains larger, compared with
Lines #4019 (BC 3 ) and #1206 (BC 3 ) showed a higher peak at DP 14 and, in contrast to #1203 (BC 3 ), a characteristic decline at DP 19. The chain length distribution pattern of line #1206 (BC 3 ) was almost the same as before backcrossing, with only a slight increase (DP < 20) detected.
図5Bは、SSIIIa及びBEIIbの欠損の影響を決定するため、#1206(BC3)系統の値から秋田63号の値を差し引いて差分曲線を作成したものを示す。図5B(a)は、#1206A(BC3)、(b)は#1206B(BC3)、(c)は#1206(BC3)の差分曲線をそれぞれ示す。
結果として、短鎖(DP≦12)の数は大幅に減少し、長鎖(DP>15)の数は秋田63号の数と比較して#1206(BC3)系統で増加した。#1206B(BC3)系統よりも#1206A(BC3)系統と#1206C(BC3)系統の方が、秋田63号系統と比較して短鎖の減少率が大きくなるため、活性型SSIIaは短鎖を利用し、より長い鎖を生成することが示された。
Figure 5B shows difference curves generated by subtracting the values for
As a result, the number of short chains (DP ≤ 12) was significantly decreased, and the number of long chains (DP > 15) was increased in the #1206 (BC 3 ) lineage compared with that in
次に、ss3a be2b遺伝子型のアミロペクチン構造に対する活性SSIIaの効果を求めた。
再び図4Cを参照すると、図4C(b)は、「#1206A(BC3)-#4019BC3」及び「#1206C(BC3)-#1206B(BC3)」の差分曲線を作成し、「カサラス-秋田63号」と比較したものを示す。
結果として、活性型SSIIaを持つ系統は、より短いアミロペクチン枝(DP≦12)が少なく、より長いアミロペクチン枝(15<DP<30)を多く含んでおり、これらの系統における活性SSIIaの効果はカサラスのものよりも穏やかであったが、#1203(BC3)のものよりも強かった。
Next, the effect of active SSIIa on the amylopectin structure of the ss3a be2b genotype was determined.
Referring again to FIG. 4C, FIG. 4C(b) shows the difference curves of "#1206A (BC 3 ) - #4019BC 3 " and "#1206C (BC 3 ) - #1206B (BC 3 )" created and compared with "Kasarath - Akita No. 63".
As a result, the lines with active SSIIa contained fewer shorter amylopectin branches (DP ≤ 12) and more longer amylopectin branches (15 < DP < 30), and the effect of active SSIIa in these lines was milder than that in Kasalath but stronger than that in #1203 (BC 3 ).
図5Cは、差分曲線を生成し、BEIIbのみ、又はBEIIbとSSIIIaの両方が存在しない場合のGBSS1又はgbss1L対立遺伝子の効果を比較したものを示す。すると、GBSS1を保有するがBEIIbを欠く系統では、「#1203B(BC3)-EM10(BC3)」及び「#1203C(BC3)-#1203A(BC3)」は、8<DP<20のアミロペクチン鎖が多く、DP>20のアミロペクチン鎖が少ないことを示した。対照的に、「#1206B(BC3)-#4019(BC3)」及び「#1206C(BC3)-#1206A(BC3)」の絶対値は小さく、SSIIIa及びBEIIbの非存在下でもGBSSIタンパク質レベルがアミロペクチン構造に影響を与えなかったことを示唆している。 Figure 5C shows difference curves were generated to compare the effect of the GBSS1 or gbss1 L allele in the absence of BEIIb alone or both BEIIb and SSIIIa, and shows that in strains carrying GBSS1 but lacking BEIIb, #1203B(BC 3 )-EM10(BC 3 ) and #1203C(BC 3 )-#1203A(BC 3 ) had more amylopectin chains with 8<DP<20 and less amylopectin chains with DP>20. In contrast, the absolute values for "#1206B(BC 3 )-#4019(BC 3 )" and "#1206C(BC 3 )-#1206A(BC 3 )" were small, suggesting that GBSSI protein levels did not affect amylopectin structure even in the absence of SSIIIa and BEIIb.
(澱粉の熱糊化特性)
アミロペクチンの枝の長さの違いは、澱粉の糊化温度と老化のしやすさと強く相関しており、どちらも種子登熟中の温度の影響を受ける。老化した澱粉はRSとしても機能するため、精製澱粉の熱糊化特性を示差走査熱量測定法で分析し、戻し交配の前後で澱粉生合成遺伝子のさまざまな組み合わせを含む系統間で比較した。
この各系統の示差走査熱量計で分析した澱粉の熱特性を、下記の表2に示す:
(Thermal gelatinization properties of starch)
Differences in amylopectin branch length are strongly correlated with starch gelatinization temperature and susceptibility to retrogradation, both of which are affected by temperature during seed development. Because retrograded starch also functions as RS, the thermal gelatinization properties of purified starches were analyzed by differential scanning calorimetry and compared between lines containing different combinations of starch biosynthetic genes before and after backcrossing.
The thermal properties of the starches analyzed by differential scanning calorimetry for each series are shown in Table 2 below:
表2中の各系統(Line)、遺伝子型(Genotype)について、TO(℃)は糊化開始温度、TP(℃)は糊化ピーク温度、TC(℃)は糊化最終温度、ΔH(J/g)は澱粉の糊化熱量を、それぞれ示す。各データは平均±SE(n=3)を示す。異なる小文字は、イネ遺伝子型間の有意差を示す(P<0.05、Tukey-Kramer法)。 For each line and genotype in Table 2, T O (°C) is the gelatinization onset temperature, T P (°C) is the peak gelatinization temperature, T C (°C) is the final gelatinization temperature, and ΔH (J/g) is the heat of gelatinization of starch. Data are shown as mean ± SE (n=3). Different lowercase letters indicate significant differences between rice genotypes (P<0.05, Tukey-Kramer method).
結果として、EM10(BC3)のBEIIbの欠損とカサラスのSS2a対立遺伝子の存在により、秋田63号よりも糊化温度が高くなった。EM10(BC3)及び#1203(BC3)の糊化ピーク温度は、#4019(BC3)及び#1206(BC3)よりも約7℃高かった。これは、EM10(BC3)及び#1203(BC3)系統は、#4019(BC3)および#1206(BC3)系統と比較して、短いアミロペクチン鎖(DP≦12)が少なく、長いアミロペクチン鎖(DP>13)が多かったためと考えられる。#1203A(BC3)の糊化ピーク温度は、EM10(BC3)及び他の#1203(BC3)系統の糊化温度より約3℃高かった。一方、#1206B(BC3)の糊化ピーク温度は、他の#1206(BC3)系統の糊化ピーク温度より約3℃低かった。これらの結果は、DP>13のアミロペクチン鎖の量が#1203B(BC3)又は#1203C(BC3)よりも#1203A(BC3)の方が高かったためと考えられる。また、DP>13のアミロペクチン鎖の量は、#1206A(BC3)又は#1206C(BC3)よりも#1206B(BC3)の方が少なかった。これらの結果から、13<DP<25のアミロペクチン鎖の存在量の増加が糊化温度の上昇をもたらしたと考えられる。全ての系統の澱粉の糊化ピーク温度は、戻し交配後に2~4℃上昇したが、これは、開花時期が早くなることで登熟温度が高くなったためと考えられる。
As a result, the lack of BEIIb in EM10 (BC 3 ) and the presence of the SS2a allele of Kasalath resulted in a higher gelatinization temperature than
(RS値)
米粒のRS値は、消化酵素の澱粉へのアクセス可能性を変える調理方法に応じて大幅に変化する。そこで、生米粉、糊化米粉、すり潰していない炊飯米、及びすり潰した炊飯米を用いて、全澱粉中のRS値を測定した。
(RS value)
The RS value of rice grains varies significantly depending on the cooking method, which alters the accessibility of starch to digestive enzymes, so we measured the RS value in total starch using raw rice flour, gelatinized rice flour, unmilled cooked rice, and mashed cooked rice.
図6は、異なる方法で処理された米のRS値の結果を示す。図6(a)は生米粉、(b)糊化米粉、(c)すり潰していない炊飯米、及び(d)すり潰した炊飯米のRS値である。データは平均±標準誤差(SE、n=3)を示す。異なる小文字は、系統間の有意差を示す(P<0.05、Tukey-Kramer法)。 Figure 6 shows the results of the RS values of rice processed in different ways. Figure 6 (a) shows the RS values of raw rice flour, (b) gelatinized rice flour, (c) unmashed cooked rice, and (d) mashed cooked rice. Data are shown as mean ± standard error (SE, n = 3). Different lowercase letters indicate significant differences between the lines (P < 0.05, Tukey-Kramer method).
全体として、EM10(BC3)、#4019(BC3)、#1203(BC3)、及び#1206(BC3)系統等の高RS系統のRS値は、秋田63号と比べて、処理方法に関係なく、かなり高かった(最大290倍)。米を糊化処理及びすりつぶし処理するとRS値が減少した。生米粉(5~29%)、すり潰していない炊飯米(15~35%)のRS値は、それぞれ、糊化米粉(1~11%)、すり潰した炊飯米(3~15%)よりも高かった。
より具体的には、#1203B(BC3)の生米粉のRS値は、20%以上であった。
一方、処理方法に関係なく、秋田63号のRS値はごくわずか(<0.7%)で、カサラスも低かった(<2.7%)。
Overall, the RS values of high RS lines, such as EM10 (BC 3 ), #4019 (BC 3 ), #1203 (BC 3 ), and #1206 (BC 3 ), were significantly higher (up to 290-fold) than
More specifically, the RS value of raw
On the other hand, the RS value of
活性型SSIIaを有する#1203A(BC3)及び#1206A(BC3)の生米粉サンプルのRS値は、活性型SSIIaの少ないEM10(BC3)及び#4019(BC3)のサンプルより、それぞれ高かった。GBSSI活性の高い#1206C(BC3)の生米粉のRS値も、GBSSI活性の低い#1206A(BC3)よりも高かった。これらの結果は、長鎖アミロペクチン及びアミロースの含有量が増加すると、生米粉のRS値が上昇することを示唆している。米粉を糊化、又は米飯をすり潰すと、EM10(BC3)と#1203A(BC3)のRS値は、#1203B(BC3)と#1203C(BC3)に比べてかなり低くなった。また、#4019(BC3)の糊化米粉及びすりつぶした炊飯米のRS値は、他の#1206(BC3)系統よりも低かった。BEIIbが存在しない場合、アミロースと長いアミロペクチンの分岐が相互作用して、老化の際に不完全なヘリックスを形成し、消化酵素による分解を防ぎ、RSの一種である「RS2」及び「RS3」として機能すると推測できる。対照的に、長いアミロペクチン鎖の数は、BEIIbのみを欠く系統と比較して、SSIIIaとBEIIbの両方を欠く系統では少なく、消化が容易になる。試験したすべての処理方法の中で、すり潰していない炊飯米のRSは、RS1だけでなく、RS2及びRS3の側面も示すため、遺伝子型に関係なく、すり潰していない炊飯米が最も高いRS値を示した。EM10(BC3)やすべての#1203(BC3)等のすりつぶしていない炊飯米サンプルのRS値は高く、類似していた。
The RS values of raw rice flour samples #1203A (BC 3 ) and #1206A (BC 3 ), which had active SSIIa, were higher than those of samples EM10 (BC 3 ) and #4019 (BC 3 ), which had low active SSIIa, respectively. The RS value of raw
戻し交配前のEM10系統、#1203B系統、#1203C系統の玄米のRS値は20~26%であり、戻し交配によりRS値がわずかに増加した。
本実施例の結果から、特定の食品用途向けのイネ品種の選択は、RS値だけでなく、澱粉とRS構造にも基づく必要があることを示唆している。
The RS values of brown rice of the EM10, #1203B and #1203C lines before backcrossing were 20 to 26%, and the RS values increased slightly after backcrossing.
The results of this example suggest that the selection of rice varieties for specific food uses should be based not only on RS value but also on starch and RS structure.
(アミロペクチンの構造、熱特性、及びアミロース含量がRS値に及ぼす影響)
戻し交配前後の高RSイネ系統の鎖長分布パターンは本質的に同じであり、戻し交配後のDPはわずかに増加した。戻し交配後、すべての系統の糊化温度がわずかに(2~4℃)上昇した。これは、おそらく開花時期が早かったことに伴う熟成温度が高いためである。具体的には、8<DP<20のアミロペクチン鎖の割合を増加させたSSI等の他の澱粉生合成酵素の発現レベル及び/又は活性が高まった可能性がある。
(Effect of amylopectin structure, thermal properties, and amylose content on RS value)
The chain length distribution patterns of the high RS rice lines before and after backcrossing were essentially the same, with a slight increase in DP after backcrossing. After backcrossing, the gelatinization temperature of all lines increased slightly (2-4°C), likely due to higher ripening temperatures associated with earlier flowering. Specifically, the expression levels and/or activities of other starch biosynthetic enzymes, such as SSI, which increased the proportion of amylopectin chains with 8<DP<20, may have been increased.
EM10(BC3)及び#1203(BC3)では、秋田63号と比較して、短いアミロペクチン鎖(DP≦12)が大幅に減少し、長いアミロペクチン鎖(12<DP<30)が増加した。ただし、#4019(BC3)と#1206(BC3)は、EM10(BC3)及び#1203(BC3)よりも短鎖が多く、長鎖が少なかった。SSIIIaの欠損によりSSI発現が高まったことで、#4019(BC3)と#1206(BC3)が、EM10(BC3)と#1203(BC3)に比べて短鎖(DP≦12)数の量が高いことを説明できると考えられる。表2に示したように、EM10(BC3)及び#1203(BC3)系統の短鎖の割合の減少は、それらの糊化温度に影響し、#4019(BC3)及び#1206(BC3)系統よりも約7℃高くなった。鎖長分布パターンの違いもRS値に影響を与えた。BEIIb欠損系統(#1203)の米粉及び糊化米粉でのRS値は、SSIIIaとBEIIbの両方を欠損している系統(#1206)よりもが高かった。
In EM10 (BC 3 ) and #1203 (BC 3 ), the number of short amylopectin chains (DP≦12) was significantly decreased and the number of long amylopectin chains (12<DP<30) was increased compared to
加えて、GBSSIの高発現レベルもRS値の増加に貢献した。EM10(BC3)と#1203B(BC3)との比較、及び#1203A(BC3)と#1203C(BC3)との比較によれば、高発現GBSS1対立遺伝子を持つ系統が、低発現gbss1L対立遺伝子を持つ系統よりも、高いアミロース及びRS値を含むことを示した。#4019(BC3)及び#1206(BC3)のようなss3a be2bの遺伝子型の系統では、アミロース含量は、GBSSI対立遺伝子に関係なく高かった(37~42%)。これは、遺伝子型(GBSS1又はgbss1L)に関係なく、SSIIIaの非存在下でGBSSIタンパク質のレベルが増加するためである。SSIIIaの欠損もAGPase活性を増加させる。すなわち、図1に示すように、GBSSIタンパク質レベルが#1206B(BC3)及び#1206C(BC3)系統よりも低いにもかかわらず、#4019(BC3)及び#1206A(BC3)系統でアミロースが効率的に合成されたことを示唆している。それにもかかわらず、図6に示すように、ss3a be2b系統の中で、高発現GBSS1対立遺伝子を持つものは、低発現gbss1L対立遺伝子を持つものよりも高いRS値を示した。ゲル濾過クロマトグラフィーの溶出パターンにおける画分Iと画分IIの間の谷は、gbss1L対立遺伝子を保有する系統よりもGBSS1対立遺伝子を保有する系統の方が高かった。長いアミロペクチン鎖又は短いアミロース等のグルカン鎖は、GBSSIによって合成されているため、RSの形成に貢献している。このため、GBSSIの高発現レベルが戻し交配前の#1203B及び#1203C系統のアミロペクチン超長鎖の伸長に寄与した可能性があると考えられる。 In addition, the high expression level of GBSSI also contributed to the increase in RS value. Comparison of EM10 (BC 3 ) with #1203B (BC 3 ), and #1203A (BC 3 ) with #1203C (BC 3 ), showed that the lines with the high expression of GBSS1 allele contained higher amylose and RS value than the lines with the low expression of gbss1 L allele. In the lines with ss3a be2b genotype, such as #4019 (BC 3 ) and #1206 (BC 3 ), the amylose content was high (37-42%) regardless of the GBSSI allele. This is because the level of GBSSI protein increases in the absence of SSIIIa, regardless of the genotype (GBSS1 or gbss1 L ). The lack of SSIIIa also increases AGPase activity. That is, as shown in FIG. 1, it suggests that amylose was efficiently synthesized in the #4019 (BC 3 ) and #1206A (BC 3 ) lines, even though the GBSSI protein level was lower than that in the #1206B (BC 3 ) and #1206C (BC 3 ) lines. Nevertheless, as shown in FIG. 6, among the ss3a be2b lines, those with the high expression GBSS1 allele showed higher RS values than those with the low expression gbss1 L allele. The valley between fraction I and fraction II in the elution pattern of gel filtration chromatography was higher in the line carrying the GBSS1 allele than in the line carrying the gbss1 L allele. Long amylopectin chains or short glucan chains such as amylose are synthesized by GBSSI and therefore contribute to the formation of RS. Therefore, it is considered possible that the high expression level of GBSSI contributed to the elongation of very long amylopectin chains in the #1203B and #1203C lines before backcrossing.
特許文献1に示すように、戻し交配前のEM10系統、#1203B系統、#1203C系統の精米のRS値は20~26%であり、戻し交配によりRS値がわずかに増加した。アミロース含量は戻し交配後にわずかに減少したが、長いアミロペクチン鎖の割合がわずかに増加したため、戻し交配によってRS値のレベルがわずかに増加した。すり潰していない炊飯米のRS値は、粒度、精米度、及び炊飯に加える水の量によっても影響を受ける可能性がある。しかしながら、戻し交配により開花が早くなり、その結果として種子の登熟中の温度が高くなり、RS生合成に最適な温度が確保されたためと考えられる。
As shown in
なお、上記実施の形態の構成及び動作は例であって、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更して実行することができることは言うまでもない。 It goes without saying that the configurations and operations of the above-described embodiments are merely examples and can be modified as appropriate without departing from the spirit and scope of the present invention.
本発明は、高RS値で高種子重量のイネ変異体を提供でき、これを基にした米粉、RSを含む澱粉、米粉ゲル、及び食品を製造でき、産業上利用可能である。 The present invention provides a rice mutant with a high RS value and high seed weight, and can be used to produce rice flour, starch containing RS, rice flour gel, and food products based on the mutant, making it industrially applicable.
Claims (9)
ことを特徴とする難消化性澱粉高含有イネ変異体。 A rice mutant with a high resistant starch content, characterized in that it is deficient in rice branching enzyme type IIb (BEIIb), the gene for granule-bound starch synthase GBSSI is of a high expression type derived from indica rice, the gene for starch synthase SSIIa is of a low activity type derived from japonica rice, and starch synthase SSIIIa is normally expressed, is genetically fixed, and is a non-genetically modified organism.
ことを特徴とする請求項1に記載の難消化性澱粉高含有イネ変異体。 The rice mutant with high resistant starch content according to claim 1, characterized in that starch synthase SSIIIa is dominant homozygous.
ことを特徴とする請求項1に記載の難消化性澱粉高含有イネ変異体。 2. The rice mutant with high resistant starch content according to claim 1, wherein the average weight of one grain of brown rice of the rice mutant is 25 mg or more.
ことを特徴とする請求項3に記載の難消化性澱粉高含有イネ変異体。 4. The rice mutant with high resistant starch content according to claim 3, wherein the resistant starch content in raw rice flour of the rice mutant is 20% or more.
ことを特徴とする米粉製造方法。 A method for producing rice flour, comprising powdering endosperm of rice seeds of the rice mutant with high resistant starch content according to any one of claims 1 to 4 to produce rice flour.
ことを特徴とする難消化性澱粉製造方法。 5. A method for producing resistant starch, comprising extracting resistant starch from cooked rice produced from rice seeds of a rice mutant having a high resistant starch content according to any one of claims 1 to 4, and/or from rice flour produced by powdering said rice seeds.
ことを特徴とする米粉ゲル製造方法。 A method for producing rice flour gel, comprising adding water to rice flour of the rice mutant with high resistant starch content according to any one of claims 1 to 4 and heating the rice flour to produce a rice flour gel.
ことを特徴とする食品製造方法。 5. A method for producing a food product comprising any one or any combination of rice seeds of a rice mutant with high resistant starch content according to claim 1, rice flour obtained by powdering the rice seeds, resistant starch extracted from the rice flour, and rice flour gel produced by adding water and heating the rice flour.
ことを特徴とする難消化性澱粉高含有イネ変異体の作出方法。 A method for producing a rice mutant with high resistant starch content, characterized in that, by a non-genetically modified method, the rice branching enzyme type IIb (BEIIb) is deficient, the gene for granule-bound starch synthase GBSSI is a high-expression type derived from Indica rice, starch synthase SSIIa is a low-activity type derived from Japonica rice, and starch synthase SSIIIa is normally expressed and genetically fixed.
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