［日本作物学会賞］
タンパク質化学に基づく穀類子実貯蔵物質の品質に関する研究
田中朋之（京都大学）
穀類の子実に多く含まれるデンプンと貯蔵タンパク質は，脂質と並び，食料において主要な位置を占める．それらの品質は人類の生存，健康維持，および食嗜好や食文化を支える重要な要素である．田中朋之氏は，イネおよび栄養性と嗜好性が優れ世界的にも注目されるソバの高付加価値化を目指して，イネの子実貯蔵タンパク質の栄養性と生理機能性，子実デンプンの蓄積異常がもたらす外観品質変化（白未熟粒化），およびソバ子実のアレルゲンに関する研究に取り組んできた．主たる研究成果は，以下の通り
要約される．
1．イネ子実貯蔵タンパク質の栄養性と生理機能性
イネ子実はヒトの必須アミノ酸であるリシンが不足し，玄米でもアミノ酸価は 68 と低い（四訂食品成分表）．そこで子実全タンパク質の約 70％を占める貯蔵タンパク質グルテリンを，その主要なサブユニット（GluA1, GluA2, GluA3, GluB1, GluB2, GluB4）ごとに識別する技術を開発し（業績 1, 2, 5, 9），グルテリンが主としてリシン含量が低い GluA サブファミリーと高い GluB サブファミリーに分けられることを明らかにした．そして，野生イネ（AA ゲノム 5 種，非 AA ゲノム 7 種）における遺伝資源を解析して，GluB/GluA 比が Oryza sativa の 0.6 に比べ 1.8 と高い Oryza meridionalis（AA ゲノム），2.4 と著しく高い Oryza grandiglumis（CCDDゲノム）を特定し，種間交雑による遺伝的な改変により，栽培イネ子実の栄養性を改善できる可能性を示した（業績 3, 4）．また，GluA と GluB サブファミリーの間で含硫アミノ酸（メチオニン，システイン）含量が異なることに着目し，窒素・硫黄代謝を制御した砂耕栽培／水耕栽培によりグルテリン組成を改変できることを示した（業績 6）．さらに，農研機構放射線育種場で育成されたグルテリンサブユニットの幾つかを欠失した突然変異体と，子実全タンパク質の約 5％を占めるグロブリンを欠失した突然変異体を解析することで，子実内でグルテリンが部分分解を受け得ることを明らかにした（業績 7）．部分分解は，グルテリンの重合化能に影響するグルテリンα鎖 C 末端部に生じていたことから（業績 8），高次構造の変化により製パン性など食品加工特性の改変が可能であると推察された．なお，GluA1, GluA2 を欠失した変異体と GluB1, GluB2, GluB4 が低減化した変異体は，野生型に比べリシン含有率（モル比）がそれぞれ 13％増加，11％減少しており，変異体を利用した育種による栄養性改変の可能も見出している．
一方，主として GluB サブファミリーが低減化した変異体 LGC1（低グルテリン米）は易消化性タンパク質が減り，難消化性タンパク質が増えていることから，タンパク質摂取制限が必要な腎臓病患者らの QOL 向上に資すると期待された．そこでその品質管理に供する簡便な識別技術を開発した（業績 10）．
2．イネ子実デンプンの充填不足による白未熟化
地球温暖化に伴うイネ登熟期の高温ストレスにより子実のデンプン充填が不足し，品質ならびに実質的収量が低下している．田中氏は，品種 日本晴 に重イオンビームを照射した変異系統群の中から，野生型よりも約 9 倍の感度で高温に応答して白未熟粒を多発する変異体 flo11-2 を見出した（業績 11）．flo11-2 ではアミロプラストに局在する 70 kDa 熱ストレスタンパク質 2（cpHSP70-2）の ATPase 活性が 23％低下することで，高温下でのデンプン合成が抑制されていたことから，flo11-2 は温暖化影響を効果的に評価できる有用な温暖化マーカーになると考えられた．実際に，野生型では効果を検出できない程の短期高温処理により，高温に最も感受性が高くなる登熟ステージおよび白未熟化をもたらす主たる環境要因を特定した（業績 12）．さらに，登熟期の窒素施肥は白未熟化を抑制するが，穎果当たり利用可能同化産物量は必ずしも増加させないことを示し，cpHSP70-2 が白未熟化抑制に関わる分子機構の解明にせまった（業績 13）．登熟期の過剰な窒素施肥は，ジャポニカ米では米飯の硬化をもたらし食味を損なうとされる．
そのため，貯蔵タンパク質や HSP70 の動態を詳細に解析することで，窒素施肥によらずに白未熟化を抑制する栽培技術の開発につながると期待された．
3．ソバ子実貯蔵タンパク質の低アレルゲン化
ソバ栽培が我が国では水田転換畑の有効利用として期待されている（業績 17, 19）．しかしながら，時に深刻なアレルギー反応を引き起こすことから低アレルゲン化が求められている．田中氏は，主要なアレルゲンである 13S グロブリンと 2S アルブミンの構造と機能を詳細に解析し，以下の知見を得た．まず 13S グロブリンは，植物貯蔵タンパク質の 1 つとして広く分布するレグミンフ
ァミリーの 1 種でありながら，α 鎖と β 鎖から成る基本構造を持つ 0 回反復サブユニットに加え，α 鎖に 15 アミノ酸残基からなる反復挿入配列を有する 1 – 6 回反復サブユニットの存在を明らかにした（業績 14 - 16）．反復挿入配列はアルギニンを多く含み親水性であることから，1 – 6 回反復サブユニットはトリプシン易消化性で，0 回反復サブユニットの方がより高いアレルゲン性をもつ可能性を示した．そこで，0 回反復サブユニットに関する遺伝的多様性を調べた上で（業績 20），低アレルゲン化に有用な遺伝資源の探索を行い，10 残基挿入型サブユニットを見出し，そのホモ接合体の消化性が改善されていることを確認した（業績 23）．一方，全ゲノム配列の概要を世界で初めて解明し（業績 18），2S アルブミンが 5 つの遺伝子（g03，g11，g13，g14，g28）から成ることを示した．このうち，g03 は偽遺伝子で，残る 4 種のうち g13 タンパク質は低発現量ながらも疎水性が高く注視すべきアレルゲンであることを示した（業績 21）．13S グロブリンにおける遺伝資源探索と同様にして低アレルゲン化に有用な遺伝資源の探索を行ったところ，コード領域に転移因子様配列を有し機能を失った g13 ヌルアリルを見出し，g13 欠失系統の作出に成功した（業績 22）．
さらに易消化型の g11 アリルや，非機能型の g28 アリルなどの有用アリルを見出し，それらの集積化による低アレルゲン化を進めている．
田中氏の以上の業績は，作物学においてタンパク質科学の手法を導入することによって品質研究の新しい展開を促した貢献が高く評価される．穀類子実貯蔵物質の品質改善による高付加価値化は，国内では地域農業の活性化に，世界的には植物性食料の消費振興と食料・環境問題の解決に貢献できると期待される．以上より，田中氏の業績は日本作物学会賞に値すると考える．

研究業績
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8．Khan, N., Yamaguchi, S., Katsube-Tanaka, T. 2017. Possible Cleavage Sites of Glutelin Partial Degradation Confirmed byImmunological Analysis in Globulin-less Mutants of rice（Oryza sativa L.）. Electrophoresis 38: 2622-2630. doi: 10.1002/elps.201700195.
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