生活水準の向上と食生活の洗練に伴い、運動不足や食べ過ぎが原因の肥満、糖尿病などの代謝性慢性疾患が深刻化しています。食事介入と合理的な食事は、慢性疾患の予防と管理の有効な戦略の1つです。難消化性デンプン（RS）は、健康な人の小腸で消化吸収されにくいデンプンとその分解産物の総称です。新しいタイプの食物繊維である難消化性デンプンは、糖尿病の予防と管理、血中脂質の低下、体重のコントロール、腸の健康維持に重要な生理機能を持っています。米は中国の主な穀物作物ですが、一般的な米の品種の難消化性デンプンの含有量は非常に低いです。現在、難消化性デンプンの合成に関与する機能遺伝子についてはほとんど知られておらず、理論的な裏付けがなければ難消化性デンプン含有量の高い米の品種を改良・栽培することは困難です。
中国科学院遺伝発生生物学研究所の李家陽研究チームと浙江大学核農業科学研究所の呉殿星研究チームは、イネ難消化性デンプンの合成メカニズムの研究で新たな進展を遂げた。これまで、2つの研究プロジェクトを組み合わせ、SSIIIa（可溶性デンプン合成酵素）の変異により、インディカ米の難消化性デンプン含有量が2％未満から6％に増加することを発見した。最新の研究では、協力チームは物理的変異誘発により得られた難消化性デンプン含有量10％のイネ変異体rs4を再配列し、遺伝子クローニングを行い、この変異体の高い難消化性デンプン表現型はSSIIIa遺伝子とSSIIIb遺伝子の共変異によって引き起こされたことを発見した。 ssIIIb 単一変異体の難消化性デンプン含有量には有意な変化は見られませんでしたが、ssIIIa ssIIIb 二重変異体の難消化性デンプン含有量は ssIIIa 単一変異体と比較して有意に増加しました。難消化性デンプン含有量の増加に伴い、ssIIIa ssIIIb 二重変異体中のアミロースおよびデンプン脂質複合体の含有量も有意に増加しました。
その後、研究は、SSIIIaとSSIIIbの両方がSSIIIの相同遺伝子に属しているが、SSIIIbは主に葉で高度に発現しているのに対し、SSIIIaは種子で特異的に発現していることをさらに解明しました。強力なプロモーター駆動のSSIIIb遺伝子をssIIIa変異体の背景に導入すると、難消化性デンプン含有量を野生型レベルに回復することができ、SSIIIaとSSIIIbのタンパク質機能は同じであることを示していますが、SSIIIaとSSIIIb遺伝子の機能の違いは、主に2つの遺伝子のプロモーターと発現パターンの違いによって引き起こされます。一方、ジャポニカ米背景のssIIIa ssIIIb変異体の難消化性デンプン含有量は、インディカ米背景のssIIIa ssIIIb変異体のそれよりも大幅に低く、SSIIIaとSSIIIbを介した難消化性デンプンの合成は、インディカ米とジャポニカ米で差次的に発現するWx対立遺伝子に依存していることが示されています。
水溶性デンプン合成酵素SSファミリーの系統樹と発現プロファイルの解析により、穀類植物ではSSIIファミリーとSSIIIファミリーの間で遺伝子複製が起こり、複製前後の遺伝子は特定の発現パターンを示すことが明らかになりました。1つのタイプは種子で特異的に発現し、もう1つのタイプは主に葉で高発現しました。一方、SSIIおよびSSIII遺伝子を複製する穀類植物は、種子中のデンプン含有量が増加し、難消化性デンプン含有量は低下します（2％未満）。一方、SSIIとSSIIIの間で相同遺伝子が1つだけある双子葉植物は、デンプン含有量は低下し、難消化性デンプン含有量は一般に高くなります（3-10％）。SSIIとSSIII間の遺伝子複製と発現パターンの分化は、穀類種子中の難消化性デンプン含有量の減少に関連している可能性があると推測されています。
要約すると、本研究では、難消化性デンプンの合成を制御する新しい遺伝子SSIIIbを同定してクローニングし、SSIIIbとSSIIIaが共同で難消化性デンプンの合成を制御する分子メカニズムと進化的意義を分析しました。これは、イネの栄養品質の向上と、難消化性デンプンの高い栄養機能性イネ品種の栽培に重要な遺伝資源を提供します。
中国科学院遺伝発生生物学研究所の李家陽研究チームと浙江大学核農業科学研究所の呉殿星研究チームは、イネ難消化性デンプンの合成メカニズムの研究で新たな進展を遂げた。これまで、2つの研究プロジェクトを組み合わせ、SSIIIa（可溶性デンプン合成酵素）の変異により、インディカ米の難消化性デンプン含有量が2％未満から6％に増加することを発見した。最新の研究では、協力チームは物理的変異誘発により得られた難消化性デンプン含有量10％のイネ変異体rs4を再配列し、遺伝子クローニングを行い、この変異体の高い難消化性デンプン表現型はSSIIIa遺伝子とSSIIIb遺伝子の共変異によって引き起こされたことを発見した。 ssIIIb 単一変異体の難消化性デンプン含有量には有意な変化は見られませんでしたが、ssIIIa ssIIIb 二重変異体の難消化性デンプン含有量は ssIIIa 単一変異体と比較して有意に増加しました。難消化性デンプン含有量の増加に伴い、ssIIIa ssIIIb 二重変異体中のアミロースおよびデンプン脂質複合体の含有量も有意に増加しました。
その後、研究は、SSIIIaとSSIIIbの両方がSSIIIの相同遺伝子に属しているが、SSIIIbは主に葉で高度に発現しているのに対し、SSIIIaは種子で特異的に発現していることをさらに解明しました。強力なプロモーター駆動のSSIIIb遺伝子をssIIIa変異体の背景に導入すると、難消化性デンプン含有量を野生型レベルに回復することができ、SSIIIaとSSIIIbのタンパク質機能は同じであることを示していますが、SSIIIaとSSIIIb遺伝子の機能の違いは、主に2つの遺伝子のプロモーターと発現パターンの違いによって引き起こされます。一方、ジャポニカ米背景のssIIIa ssIIIb変異体の難消化性デンプン含有量は、インディカ米背景のssIIIa ssIIIb変異体のそれよりも大幅に低く、SSIIIaとSSIIIbを介した難消化性デンプンの合成は、インディカ米とジャポニカ米で差次的に発現するWx対立遺伝子に依存していることが示されています。
水溶性デンプン合成酵素SSファミリーの系統樹と発現プロファイルの解析により、穀類植物ではSSIIファミリーとSSIIIファミリーの間で遺伝子複製が起こり、複製前後の遺伝子は特定の発現パターンを示すことが明らかになりました。1つのタイプは種子で特異的に発現し、もう1つのタイプは主に葉で高発現しました。一方、SSIIおよびSSIII遺伝子を複製する穀類植物は、種子中のデンプン含有量が増加し、難消化性デンプン含有量は低下します（2％未満）。一方、SSIIとSSIIIの間で相同遺伝子が1つだけある双子葉植物は、デンプン含有量は低下し、難消化性デンプン含有量は一般に高くなります（3-10％）。SSIIとSSIII間の遺伝子複製と発現パターンの分化は、穀類種子中の難消化性デンプン含有量の減少に関連している可能性があると推測されています。
要約すると、本研究では、難消化性デンプンの合成を制御する新しい遺伝子SSIIIbを同定してクローニングし、SSIIIbとSSIIIaが共同で難消化性デンプンの合成を制御する分子メカニズムと進化的意義を分析しました。これは、イネの栄養品質の向上と、難消化性デンプンの高い栄養機能性イネ品種の栽培に重要な遺伝資源を提供します。
