古米臭の少ないイネ品種を選抜するDNAマーカーの開発: 常温貯蔵性が優れる品種の作出に向けて

摘要

Deterioration of rice grains and the development of stale flavor during storage are serious problems that can reduce the quality of stored rice. Lipoxygenase (LOX) catalyzes the peroxidation of lipids in rice grains, leading to the formation of volatile compounds. LOX activity in rice seeds is localized in the bran fraction, and LOX-3 is the major isozyme component. We found that the Thai variety "Daw Dam" lacks the LOX-3 protein and that LOX-3 null rice has less stale flavor during storage than normal LOX-3 rice. Thus, the introduction of LOX-3 null phenotype in mature seeds would facilitate the retention of high quality during storage. Although LOX-3 null phenotype is inherited as a single recessive trait, the widely used screening method for LOX-3 null strains involves western blotting with progeny test that consumes considerable time and effort. To develop a convenient LOX-3 null strain detection method, we performed a linkage analysis between LOX-3 null phenotype and DNA markers using F_2 progeny from "Daw Dam" and "Nipponbare". Further, using purified LOX-3 protein, we determined its amino acid sequences, which one protein encoded by Os03 g0700400, one of the three putative LOX genes. In the DNA sequencing analysis, the "Daw Dam" allele of Os03g0700400 showed a transition mutation from G to A on the seventh exon. This change resulted in a stop codon, implying a nonsense mutation in the "Daw Dam" allele. Based on these results, Os03 g0700400 was confirmed to be the rice seed LOX-3 gene. Using this DNA sequence data, we developed two DNA markers for screening and breeding of LOX-3 null rice varieties. These methods are easy and cost-effective for screening LOX-3 null strains.%貯蔵にともないコメは劣化し，古米臭が発生する．リポキシゲナーゼ（LOX:Lipoxygenase）ほ脂質を過酸化する酵素であり，古米臭発生に関与すると考えられている．LOXはコメヌカに存在し，LOX－3はLOX活性の80％以上を占めるアイソザイムである．既に著者らは種子のLOX-3タンパク質が欠失したタイの在来品種Daw Damを見出し，貯蔵中に蓄積する古米臭成分量がLOX-3欠失米ではLOX-3含有米よりも少ないことを明らかにしている．従って，LOX-3欠失性をイネに導入することは米の品質向上に貢献することが期待される．LOX-3欠失性は劣性の1遺伝子支配であるが，LOX-3欠失性の選抜方法はウエスタンプロッティングを用いた後代検定であり，極めて手間と時間がかかる方法である．そこで，簡便なLOX-3欠失性の選抜方法を開発するために，Daw Damと日本晴の後代を用いて表現型とDNA マーカー＊~lとの連鎖解析を行った．また，精製したLOX-3タンパク質の内部アミノ酸配列を決定し，0s03g0700400がコードするLOX タンパク質の配列と一致することを見出した．Daw Dam のOs03g0700400 の塩基配列を解析したところ，第7エクソンに野生型では"G"の塩基が“A”となっている変異が認められた．この変異によりDaw Damでは終止コドンが生じ，LOX-3 タンパク質の合成が途中で終了すると考えられる．これらの結果は，0s03g0700400がコメのLOX-3遺伝子であることを示している．この塩基変異を利用して，LOX-3欠失イネの品種を簡易に選抜できる2種類のDNAマーカーを開発した．これにより，古米臭発生の少ないイネ品種の早期選抜が簡単な操作でできるようになり，品種育成の効率化が期待できる．