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WO2013088956A1 - 植物のアミノ酸含量を高めるための化合物およびその利用 - Google Patents

植物のアミノ酸含量を高めるための化合物およびその利用 Download PDF

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Publication number
WO2013088956A1
WO2013088956A1 PCT/JP2012/080771 JP2012080771W WO2013088956A1 WO 2013088956 A1 WO2013088956 A1 WO 2013088956A1 JP 2012080771 W JP2012080771 W JP 2012080771W WO 2013088956 A1 WO2013088956 A1 WO 2013088956A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
plant
amino acid
acid content
enhancer
composition
Prior art date
Application number
PCT/JP2012/080771
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
小川 健一
健司 逸見
郁 岩崎
Original Assignee
岡山県
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 岡山県 filed Critical 岡山県
Priority to JP2013549197A priority Critical patent/JP5967780B2/ja
Priority to KR1020147019054A priority patent/KR101703180B1/ko
Priority to US14/364,477 priority patent/US9930887B2/en
Priority to CN201280061106.1A priority patent/CN103987249B/zh
Publication of WO2013088956A1 publication Critical patent/WO2013088956A1/ja

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    • AHUMAN NECESSITIES
    • A01AGRICULTURE; FORESTRY; ANIMAL HUSBANDRY; HUNTING; TRAPPING; FISHING
    • A01NPRESERVATION OF BODIES OF HUMANS OR ANIMALS OR PLANTS OR PARTS THEREOF; BIOCIDES, e.g. AS DISINFECTANTS, AS PESTICIDES OR AS HERBICIDES; PEST REPELLANTS OR ATTRACTANTS; PLANT GROWTH REGULATORS
    • A01N37/00Biocides, pest repellants or attractants, or plant growth regulators containing organic compounds containing a carbon atom having three bonds to hetero atoms with at the most two bonds to halogen, e.g. carboxylic acids
    • A01N37/44Biocides, pest repellants or attractants, or plant growth regulators containing organic compounds containing a carbon atom having three bonds to hetero atoms with at the most two bonds to halogen, e.g. carboxylic acids containing at least one carboxylic group or a thio analogue, or a derivative thereof, and a nitrogen atom attached to the same carbon skeleton by a single or double bond, this nitrogen atom not being a member of a derivative or of a thio analogue of a carboxylic group, e.g. amino-carboxylic acids
    • A01N37/46N-acyl derivatives
    • AHUMAN NECESSITIES
    • A01AGRICULTURE; FORESTRY; ANIMAL HUSBANDRY; HUNTING; TRAPPING; FISHING
    • A01HNEW PLANTS OR NON-TRANSGENIC PROCESSES FOR OBTAINING THEM; PLANT REPRODUCTION BY TISSUE CULTURE TECHNIQUES
    • A01H3/00Processes for modifying phenotypes, e.g. symbiosis with bacteria
    • AHUMAN NECESSITIES
    • A01AGRICULTURE; FORESTRY; ANIMAL HUSBANDRY; HUNTING; TRAPPING; FISHING
    • A01GHORTICULTURE; CULTIVATION OF VEGETABLES, FLOWERS, RICE, FRUIT, VINES, HOPS OR SEAWEED; FORESTRY; WATERING
    • A01G7/00Botany in general
    • AHUMAN NECESSITIES
    • A01AGRICULTURE; FORESTRY; ANIMAL HUSBANDRY; HUNTING; TRAPPING; FISHING
    • A01NPRESERVATION OF BODIES OF HUMANS OR ANIMALS OR PLANTS OR PARTS THEREOF; BIOCIDES, e.g. AS DISINFECTANTS, AS PESTICIDES OR AS HERBICIDES; PEST REPELLANTS OR ATTRACTANTS; PLANT GROWTH REGULATORS
    • A01N41/00Biocides, pest repellants or attractants, or plant growth regulators containing organic compounds containing a sulfur atom bound to a hetero atom
    • A01N41/12Biocides, pest repellants or attractants, or plant growth regulators containing organic compounds containing a sulfur atom bound to a hetero atom not containing sulfur-to-oxygen bonds, e.g. polysulfides
    • AHUMAN NECESSITIES
    • A01AGRICULTURE; FORESTRY; ANIMAL HUSBANDRY; HUNTING; TRAPPING; FISHING
    • A01GHORTICULTURE; CULTIVATION OF VEGETABLES, FLOWERS, RICE, FRUIT, VINES, HOPS OR SEAWEED; FORESTRY; WATERING
    • A01G7/00Botany in general
    • A01G7/04Electric or magnetic or acoustic treatment of plants for promoting growth
    • A01G7/045Electric or magnetic or acoustic treatment of plants for promoting growth with electric lighting
    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02PCLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
    • Y02P60/00Technologies relating to agriculture, livestock or agroalimentary industries
    • Y02P60/14Measures for saving energy, e.g. in green houses

Definitions

  • the present invention relates to a compound for increasing the amino acid content of a plant, a composition containing the compound, and use thereof.
  • Amino acids are not only deeply related to the richness and sweetness of foods, but their physiological activity has attracted particular attention in recent years. Accordingly, various products characterized by the amino acid content have been developed. There is also a strong interest in the nutritional value of agricultural products.
  • Non-Patent Document 1 describes that the content and composition of free amino acids in cabbage vary depending on harvest time and nitrogen fertilization conditions.
  • Non-Patent Document 2 describes that the free amino acid content in spinach varies depending on the soil and fertilizer.
  • Patent Document 1 discloses a method of producing a vegetable having a high amino acid content by applying nitrogen fertilizer during the vegetable harvest period.
  • Patent Documents 2 to 4 disclose that the content of free amino acids is increased in plants transformed with a specific gene.
  • Japanese Patent Publication Japanese Patent Laid-Open No. 10-323128 (published on Dec. 8, 1998)” Japanese Patent Publication “Japanese Patent Laid-Open No. 2003-125661 (published May 7, 2003)” Japanese Patent Publication “Japanese Laid-Open Patent Publication No.
  • Patent Documents 2 to 4 it is necessary to use a genetic recombination technique as described in Patent Documents 2 to 4 in order to obtain a plant having an amino acid content increased by a factor of 2 or more, which is described in Patent Document 1. Even if the amino acid content was increased only by such growth management, the effect was slight.
  • the present invention has been made in view of the above problems, and its object is to develop a technique for increasing the amino acid content of a plant and to provide a technique for easily producing a plant having an improved amino acid content. is there.
  • the present inventors have intensively studied to solve the above-mentioned problems, and as a result, have succeeded in dramatically improving the amino acid content in the plant body by growing a plant administered with glutathione under certain conditions. .
  • This effect was a level which cannot be achieved by the conventional nitrogen fertilizer as described in Patent Document 1.
  • plants whose amino acid content has been dramatically increased by gene recombination techniques have been produced so far, but the amino acid content of the plant has been dramatically increased only by growth management. There have been no reports of specially enhanced cases.
  • the inventors of the present invention can use glutathione to efficiently regenerate callus in a short time (Patent Documents 5 to 6 and the like) and can regulate cell or organ differentiation (Patent Documents 7 to 8 and the like). It has been found that the harvest index of plants can be improved (Patent Document 9 etc.) and the sugar content of plants can be improved (Patent Document 10 etc.). However, there has been no report that the amino acid content of plants is increased by applying glutathione. In addition, the ability to easily increase the amino acid content of a plant is a particularly remarkable effect that exceeds the range that can be predicted by those skilled in the art.
  • composition of the present invention is characterized by containing an amino acid content enhancer in order to increase the amino acid content of the plant.
  • the kit of the present invention is characterized by comprising an amino acid content enhancer or a composition containing an amino acid content enhancer in order to increase the amino acid content of a plant.
  • composition and kit of the present invention may be used for producing a plant having an improved amino acid content.
  • the method of the present invention is characterized by including a step of applying an amino acid content enhancer or a composition containing an amino acid content enhancer to a plant.
  • the production method of the present invention includes a step of cultivating a plant in the presence of an amino acid content enhancer.
  • the plant of the present invention is characterized by being produced by the above production method.
  • the present invention does not require the use of genetic recombination techniques, and can be applied to any plant species, so there are many crops and fruit trees that can be used.
  • the present invention can enhance the brand power of a desired agricultural product or contribute to the creation of a new brand by increasing the amino acid content of the agricultural product.
  • the present invention it is possible to improve and / or improve the content and composition of amino acids in agricultural products, and thus can provide great added value to agricultural products.
  • the present invention it is expected to increase the amino acid content of agricultural products such as spring chrysanthemum, spinach, komatsuna, salad vegetables, Chinese vegetables, cabbage, carrots, tea, edamame, and so on.
  • agricultural products such as spring chrysanthemum, spinach, komatsuna, salad vegetables, Chinese vegetables, cabbage, carrots, tea, edamame, and so on.
  • crops using the present invention can be easily identified, so Easy.
  • Various amino acids (alanine, serine, proline, valine, tyrosine, isoleucine, leucine, asparagine, aspartic acid, glutamine, histidine, arginine contained in Arabidopsis 5 weeks after sowing grown under various cultivation conditions , GABA, hydroxyproline, homoserine) is a graph (a) showing the amount per raw weight and a ratio (b) when the control group (Cont) is 1. It is a figure which shows increase / decrease in the production amount of the metabolite in Arabidopsis thaliana which applied glutathione.
  • amino acid content enhancer is intended to be a substance that can increase the amino acid content of a plant, and a substance that increases glutathione synthesis or glutathione production is also an amino acid content enhancer. Is included.
  • the amino acid content enhancer is preferably a substance that acts by being absorbed into a plant by contacting the plant, and is preferably glutathione or a derivative thereof.
  • Glutathione which has a detoxifying action and an antioxidant action in vivo, is a tripeptide composed of ⁇ -Glu-Cys-Gly, and is a sulfur storage form and transport form in plants.
  • glutathione derivatives include homoglutathione, carboxypropylglutathione, dicarboxyethylglutathione, and the like, but are not limited to these as long as they have a function of increasing the amino acid content of a plant in the same manner as glutathione.
  • Homoglutathione having the same function as glutathione in legumes is a compound in which Gly of glutathione is substituted with ⁇ -Ala.
  • glutathione or an ester of the above derivative is also included in the derivative of glutathione.
  • the amino acid content enhancer used in the present invention can be a substance selected from the group consisting of oxidized glutathione, reduced glutathione, homoglutathione, carboxypropylglutathione, dicarboxyethylglutathione, and esters thereof. .
  • the production conditions of glutathione used in the present invention are not particularly limited, and may be artificially synthesized or derived from natural products.
  • the degree of purification may be high or low, and commercially available products may be used.
  • Glutathione or a derivative thereof may be a reduced form or an oxidized form, but in many cases, an oxidized form is preferred.
  • the inventors of the present invention have been researching the mechanism of plant germination, growth, and flowering, and by culturing callus derived from a part of the plant body in a regeneration medium containing glutathione, By promoting rooting and efficiently obtaining a redifferentiated body from callus in a short period of time (Patent Document 5, etc.), or by cultivating a plant using glutathione, the number of seeds of the cultivated plant and the number of flowers The number of shoots can be significantly increased by cultivating a plant body having a mutation in the synthesis function or response function of a plant hormone (eg, gibberellin) using glutathione.
  • a plant hormone eg, gibberellin
  • an amino acid content enhancer as a compound may be used directly, or a composition containing an amino acid content enhancer may be used.
  • Amino acid content enhancers or compositions may be used.
  • a composition is intended to be “a substance in which two or more components are present homogeneously as a whole and grasped as a single substance”, and as used herein, a “composition” is a combination of various components. It is intended to be in the form contained in the substance.
  • a “kit” is a container in which the various components to be contained in the composition are contained in separate containers (eg, bottles, plates, tubes, dishes, etc.). It is intended that all of these are packaged as a whole, and may be provided with a support or a culture vessel described later.
  • an amino acid content enhancer is used, the amino acid content of the plant can be easily increased, and further, a plant having an improved amino acid content can be produced.
  • the amino acid content enhancer is prepared as a liquid form composition on the whole or part of the plant body (stems, leaves, etc.). May be sprayed, dropped or applied.
  • the plant when the plant is an aquatic plant such as an aquatic plant, it may be absorbed from the root as a bottom floor additive, or the solid agent may be gradually dissolved in water. Therefore, compared to the above-described conventional technology, it does not require skilled skills, special technology, special production equipment, etc., can easily increase the amino acid content of the plant, and extremely improved plants with improved amino acid content. It can be easily obtained.
  • a plant with improved amino acid content is intended to mean a plant with improved amino acid content compared to the same species of plant grown in the absence of an amino acid content enhancer. . If a plant is cultivated using an amino acid content enhancer, the amino acid content of the plant can be improved as compared to the case where it is cultivated without using an amino acid content enhancer. In addition, what is necessary is just to follow a conventionally well-known procedure about the measuring method of the amino acid content in a plant.
  • the use concentration of the amino acid content enhancer is preferably 0.2 mM to 5 mM, more preferably 0.5 mM to 5 mM, and even more preferably 1 mM to 5 mM when oxidized glutathione (GSSG) is applied to plants as a liquid composition.
  • Liquid form compositions can be prepared by dissolving the amino acid content enhancer in a suitable solvent (eg, water, etc.).
  • a suitable solvent eg, water, etc.
  • the solvent may contain components other than the amino acid content enhancer, for example, various commercially available fertilizers and surfactants.
  • concentration can be suitably changed according to the kind of plant to apply, an application time, etc.
  • the amount of the amino acid content enhancer applied to the plant can be adjusted according to the concentration and application conditions, but the amount can be defined by the total amount of the amino acid content enhancer actually applied to the plant. .
  • a method of spraying a solution containing an amino acid content enhancer from the upper part of the support, in a container filled with a solution containing an amino acid content enhancer examples thereof include a method of placing a support and irrigating from the bottom.
  • the amount of watering from the upper part can be appropriately adjusted according to the cultivation conditions such as the use conditions of the amino acid content enhancer and the pot volume. For example, it is assumed that 1 mM GSSG is used.
  • the solution containing the amino acid content enhancer may be wetted substantially uniformly on the support.
  • the amount and concentration of the solution used is applied per soil. It can also be defined as the amount of amino acid content enhancer.
  • the solution When the composition in liquid form is sprayed directly on the plant, the solution may be sprayed on a part or the whole of the plant in a mist form using a spray or the like.
  • the application amount of the solution is appropriately set depending on the concentration of the amino acid content enhancer in the solution.
  • the number of spraying may be one time or two or more times, but it is preferable to spray at the start of cultivation. Further, depending on the use conditions of the amino acid content enhancer, additional spraying may be performed as appropriate during the cultivation period (for example, every few days (2 to 7 days)).
  • the medium or solution containing the amino acid content enhancer is preferably supplied to the plant after the amino acid content enhancer has been adjusted within the above-mentioned concentration range. It only has to be mixed with the solution. Therefore, even if the medium or solution containing no amino acid content enhancer and the adjuvant are supplied directly or continuously to the outer surface of the plant, they are supplied to the vicinity of the plant (support or soil). Also good. By using such a procedure, a plant can take up a medium or solution mixed with an adjuvant.
  • composition for increasing the amino acid content of plants provides a composition for increasing the amino acid content of a plant (hereinafter also referred to as “the composition of the present invention”).
  • the composition of this invention should just contain the amino acid content enhancer.
  • composition of the present invention is used in the same manner as the amino acid content enhancer described above, the amino acid content of the plant can be easily increased, and further, a plant having an improved amino acid content can be produced.
  • the amino acid content enhancer in the present invention is preferably glutathione or a derivative thereof.
  • Glutathione includes reduced glutathione (hereinafter referred to as “GSH”) and oxidized glutathione (hereinafter referred to as “GSSG”).
  • the glutathione used in the present invention may be of any type. Regardless of whether GSSG is used or GSH is used, a plant having a higher content of all amino acids than that of the control group can be obtained as shown in Examples below.
  • Oxidized glutathione is defined as a molecule in which two molecules of reduced glutathione are connected by a disulfide bond. It is well known to those skilled in the art that GSH has a property of being easily oxidized.
  • the composition of the present invention contains not a little GSSG. That is, the composition of the present invention may contain GSH and GSSG in a mixed state as glutathione.
  • GSH may be contained in the composition of the present invention, and may be used as a form oxidized to GSSG during storage or use, or may be used as a form oxidized to GSSG after application to plants.
  • the method for oxidizing GSH to GSSG is not particularly limited. For example, GSH can be easily converted to GSSG by air oxidation. Further, GSH may be converted to GSSG by any conventionally known artificial method.
  • composition of the present invention may contain other components as long as the effect of the amino acid content enhancer is not impaired.
  • the composition of the present invention may be dissolved in water or a conventionally known liquid carrier and provided in the form of a solution, emulsion, gel or the like.
  • liquid carriers include aromatic hydrocarbons such as xylene; alcohols such as ethanol and ethylene glycol; ketones such as acetone; ethers such as dioxane and tetrahydrofuran; dimethylformamide, dimethyl sulfoxide, acetonitrile, and the like. However, it is not limited to these.
  • the composition of the present invention may be a solid agent, a powder agent, or the like in which an amino acid content enhancer is supported on a solid carrier component.
  • a solid carrier component include inorganic substances such as talc, clay, vermiculite, diatomaceous earth, kaolin, calcium carbonate, calcium hydroxide, white clay, silica gel; organic substances such as wheat flour and starch, but are not limited thereto.
  • the composition of the present invention may contain other auxiliary agents as appropriate.
  • auxiliary agents examples include anionic surfactants such as alkyl sulfates, alkyl sulfonates, alkyl aryl sulfonates, and dialkyl sulfosuccinates; cationic surfactants such as salts of higher aliphatic amines; Nonionic surfactants such as polyoxyethylene glycol alkyl ether, polyoxyethylene glycol acyl ester, polyoxyethylene glycol polyhydric alcohol acyl ester, cellulose derivatives; thickeners such as gelatin, casein, gum arabic; bulking agents, binding Agents and the like.
  • anionic surfactants such as alkyl sulfates, alkyl sulfonates, alkyl aryl sulfonates, and dialkyl sulfosuccinates
  • cationic surfactants such as salts of higher aliphatic amines
  • Nonionic surfactants such as polyoxyethylene glycol alkyl ether, polyoxyethylene glyco
  • the form of the composition of the present invention is not particularly limited, and may be in the form of a liquid, a tablet, a powder, or a granule.
  • the composition of the present invention when provided in a liquid form, may be contained in a medium or the like used for growing a plant, or a part of a plant such as a growth point, bud, leaf, or stem, or You may spread, dripping, and apply
  • the "medium” for cultivating a plant includes soil and a soil conditioner.
  • composition of the present invention may be contained in a medium used when growing a plant when provided in a tablet, powder or granule, or placed in water when applied to a plant cultivated on the water. May be gradually dissolved. It may be provided as a solid agent for dissolving in water and dissolved in water when used. Further, the composition of the present invention may be mixed with conventionally known fertilizers, plant hormones and other chemicals to give to plants.
  • the plant cultivated by applying the composition of the present invention has a significantly higher amino acid content than the plant cultivated by applying nitrogen fertilizer (ammonium nitrate). This indicates that it is not always necessary to use a conventional nitrogen fertilizer in order to increase the amino acid content.
  • the composition of the present invention may not contain a nitrogen source.
  • the present invention also provides a kit for increasing the amino acid content of a plant (hereinafter also referred to as “kit of the present invention”).
  • kit of the present invention should just be equipped with the composition (composition of this invention) containing an amino acid content enhancer, or an amino acid content enhancer.
  • the kit of this invention may be used in order to manufacture the plant which the amino acid content improved.
  • the kit of the present invention may include components other than these substances.
  • the amino acid content-enhancing agent and the above-mentioned other components may be provided in one container containing them in an appropriate volume and / or form, or may be provided in separate containers. Moreover, you may provide the instrument, culture medium, etc. for growing a plant.
  • the kit of the present invention includes an instruction describing a use procedure for increasing the amino acid content of a plant, or a plant for improving the amino acid content. It is preferable to provide instructions that describe the procedure for use.
  • the “instructions” may be written or printed on paper or other media, or may be affixed to electronic media such as magnetic tape, computer readable disk or tape, CD-ROM, etc. .
  • the kit of the present invention may be used to constitute the above-described composition, and may comprise the substances contained in the above-described composition separately, or may comprise the above-described composition and additional components separately. May be.
  • composition or amino acid content enhancer of the present invention is applied under conditions where the plant can always absorb the amino acid content enhancer.
  • the composition or amino acid content of the present invention may be used under conditions that allow the amino acid content enhancer to be absorbed intermittently throughout the cultivation period (for example, conditions applied at intervals of once a week or twice a week).
  • An enhancer may be applied, and the composition of the present invention or the amino acid content enhancer may be applied only at a specific growth period.
  • the composition or the amino acid content enhancer of the present invention may be given from the time when plant seeds are sown.
  • the composition of the present invention or the amino acid content enhancer may be given on the day of sowing, preferably from the day of sowing to sowing. More preferably, it is given periodically for 4 weeks, more preferably from the day of sowing to 7 weeks after sowing, more preferably from the day of sowing to the date of harvest.
  • the interval at which the composition of the present invention or the amino acid content enhancer is given is not particularly limited, but is preferably 1 to 4 times per week, more preferably 2 to 3 times.
  • the time interval for applying the composition or amino acid content enhancer of the present invention is not particularly limited, and the concentration of the amino acid content enhancer applied, the target plant, and the composition or amino acid content of the present invention What is necessary is just to determine according to the time etc. which apply an enhancer.
  • the plant to be applied is a herbaceous plant, it is preferably performed once to twice a week or at the same time as the topdressing time.
  • composition or amino acid content enhancer of the present invention When the composition or amino acid content enhancer of the present invention is applied only at a specific time, the composition or amino acid content of the present invention under a condition that the plant can always absorb the amino acid content enhancer for a certain period of time.
  • An enhancer may be applied, or the composition of the present invention or the amino acid content enhancer may be applied under conditions that allow the amino acid content enhancer to be intermittently absorbed for a certain period of time.
  • the amount of the amino acid content enhancer to be applied is not particularly limited and may be appropriately set according to the type of plant.
  • GSSG is applied as an amino acid content enhancer
  • GSSG is applied per individual throughout the cultivation period. Is preferably 0.02 mmol or more and 0.5 mmol or less, more preferably 0.05 mmol or more and 0.5 mmol or less.
  • the amino acid content enhancer applied in this way is more preferably used within the range of the use concentration described above, but is not limited thereto.
  • the composition of the present invention may be applied for a predetermined period after sowing and after growing to some extent, for example, after producing seedlings.
  • the composition of the present invention may be applied after growing seedlings.
  • the composition of the present invention may be preliminarily contained in a medium for planting the produced seedlings, and after the seedlings are planted in the medium, the composition of the present invention may be periodically applied to the medium.
  • composition of the present invention is provided to the medium after replanting the seedling, it is not particularly limited as a more specific application time, but for example, after replanting the seedling and before harvesting, It is preferable to give 1 to 4 times a week, more preferably 2 to 3 times. It does not specifically limit as usage-amount, What is necessary is just to set suitably according to the kind of plant.
  • the time to give the composition of the present invention or the amino acid content enhancer may be set by calculating backward from the harvest time. For example, it may be set such that it is given from 10 days before the harvest time, or given from 20 days before.
  • harvest time refers to the seed harvest time when the seed is a harvest, and refers to the harvest time of the leaf when the leaf is a harvest, regardless of the form of the harvest.
  • the time when the composition of the present invention or the amino acid content enhancer is applied may be set based on the time when flowers are added. For example, it may be applied at the time of buds, or after the petals are scattered, or from the time of buds until the fruits are ripened, and from the time of flowering until the fruits are ripened, the petals are scattered. Until the fruit is produced, the composition of the present invention or the amino acid content enhancer may be applied or applied to the inflorescence.
  • the composition of the present invention is preferably in the form of a tablet, powder or granule. And it is preferable that the amino acid content enhancer is contained in the composition so that the final concentration of the amino acid content enhancer in the obtained solution falls within the above-mentioned range.
  • the composition of the present invention or the amino acid content enhancer during cultivation is mixed with a fertilizer and / or a plant hormone or the like and applied to the plant as described above. May be. In this case, it does not specifically limit as the time which gives the mixture of the said fertilizer etc. and a composition, You may follow the above-mentioned illustration and may follow the preferable time which gives a fertilizer etc.
  • plant refers to the whole plant, plant organs (eg, leaves, petals, stems, roots, seeds, etc.), plant tissues (eg, epidermis, phloem, soft tissue, xylem, vascular bundle, fence-like shape) Tissue, spongy tissue, etc.) or plant culture cells, or various forms of plant cells (eg, suspension culture cells), protoplasts, leaf sections, callus, etc. are contemplated.
  • the plant to which the present invention is applied is not particularly limited, and can be applied to various monocotyledonous plants, dicotyledonous plants, plants such as trees, and the like.
  • monocotyledonous plants include, for example, duckweed plants including duckweed plants (duckweed) and duckweed plants (duckweed, Hingemo); cattleya plants, cymbidium plants, dendrobium plants, phalaenopsis plants, vanda genera Plants, Paphiopedilum spp., Oncidium spp., Etc .; Rubiaceae plants; Rubiaceae plants; Rubiaceae plants; Relatives plants; Thorny plants; Tochika department plant, Japanese cucurbitaceae plant, Gramineae plant (such as corn such as sweet corn), Kasuragigusa plant, Palmiaceae plant, Sugar beet family plant, Hosogusa plant, Thousandaceae plant, Mizuaoi family plant, rush family plant, Rabbit family
  • examples of dicotyledonous plants include Asagao genus plants (Asagao), Convolvulus genus plants (Convolvulus, Coleoptera, Clamgao), Sweet potato species (Gumbai convolvulus, Sweet potato), and Neonka quail plants (Nenka quail, Legumes).
  • Plants Nadesico genus plants (carnations, etc.), Jacobe genus plants, Takanetus genus plants, Miminagusa genus, clover genus plants, Nominotsutsuri genus plants, Oyafusuma genus plants, Waigaiso genus plants, Hamahakobe genus plants, Otsumexa genus plants, Shiotsuma genus Plants, mantemae plants, genus plants, genus fusiflora, nanbanjakobe plants; anemoneaceae plants; aroma family plants, donut family plants, anthropaceae plants, anthropaceae plants, anthropaceae plants, yam family Plant, walnut plant , Birch family plant, beech family plant, bittern family plant, laceaceae plant, iridaceae plant, dendrobaceae plant, sweet potato family plant, shabby genus plant, duck family plant,
  • the site where the amino acid content in the plant is improved is not particularly limited, and even in the harvest, other sites (for example, organs used only for the purpose of extracting amino acids) Or organization).
  • “Crop” refers to the part of the plant that serves as food, for example, in the case of a plant that eats fruit, in the case of a plant that eats seeds, in the case of a plant that eats seeds, in the case of a plant that eats stems, In the case of plants that do, roots, in the case of plants that eat flowers, and in the case of plants that eat leaves, leaves and the like are intended, but not limited thereto.
  • the present invention provides a method for increasing the amino acid content of a plant (hereinafter referred to as “the method of the present invention”).
  • the method of this invention should just include the process of applying the composition or amino acid content enhancer of this invention to a plant.
  • the above step allows the target plant to absorb the amino acid content enhancer even in the step of contacting the amino acid content enhancer with the target plant. It can also be a process.
  • the procedure for causing the plant to absorb the amino acid content enhancer is not particularly limited, and for example, roots are cultivated by cultivating the plant in a medium (including soil and soil conditioner) containing the composition of the present invention or the amino acid content enhancer.
  • the plant absorbs the amino acid content-enhancing agent by giving, spraying, or applying the composition or the amino acid content-enhancing agent of the present invention as a granule or liquid fertilizer during cultivation of the plant. You may make it do.
  • the plant or the amino acid content enhancer may be adsorbed on an adsorbent such as an ion exchange resin, and the plant may be cultivated after being placed in a medium such as being embedded in soil. That is, the method of the present invention further includes a step of cultivating a plant in the presence of an amino acid content enhancer.
  • an amino acid content enhancer such as an ion exchange resin
  • the concentration of the amino acid content enhancer to be applied may be high or low within the range in which the amino acid content of the plant can be increased.
  • the desired effect can be derived by setting.
  • the concentration range of the amino acid content enhancer that is brought into contact with the plant is preferably 0.2 mM to 5 mM, more preferably 0.5 mM to 5 mM, still more preferably 1 mM to 5 mM, and even more preferably 2 mM to 5 mM.
  • the amino acid content of the plant can be increased.
  • the total amount of the amino acid content enhancer given to the plant throughout the cultivation period can be converted to the amount of GSSG.
  • the amount of GSSG used for a cultivation period of 4 weeks is preferably in the range of 12.5 mg to 300 mg per plant, and preferably in the range of 60 mg to 1450 mg per liter of soil.
  • the period which cultivates a plant by applying GSSG is not specifically limited, It is preferable to be from 4 weeks (28 days) before harvest to the harvest time.
  • the contact time with the plant body becomes longer, and the effect is exerted with a smaller amount of application than when used for soil and plants as liquid fertilizer. be able to.
  • the amino acid content is improved in the plant to which the method of the present invention is applied.
  • the method of the present invention may further include a step of measuring the amino acid content in the plant to which the amino acid content enhancer is applied.
  • the amino acid content in the target crop of the plant is improved by the method of the present invention.
  • the method of the present invention may further include a step of measuring the amino acid content in the target crop of the plant to which the amino acid content enhancer is applied.
  • the measuring method of the amino acid content in a plant what is necessary is just to follow a conventionally well-known procedure, and the procedure as described in the Example mentioned later may be sufficient.
  • the method of the present invention further includes a step of controlling the light conditions at the time of harvesting the plant to which the present invention is applied in order to control the effect of the present invention (that is, the effect of increasing the amino acid content of the plant).
  • the effect of the present invention that is, the effect of increasing the amino acid content of the plant.
  • Good there are amino acids whose contents are increased and amino acids whose contents are decreased by combining application of an amino acid content enhancer and light irradiation before harvesting.
  • the content of the target amino acid can be increased successfully, or the content ratio of the amino acid in a crop can be adjusted to a desired value.
  • the control of the light condition may be a change from a bright condition to a dark condition, a change from a dark condition to a bright condition, or a change in the amount of light under a bright condition.
  • the start time and the control period are not particularly limited as long as the harvest is performed before harvesting, and the harvest is performed after 8 hours or more from the start of the control and before the end of the control.
  • the start of control may be before or after the start of application of the amino acid content enhancer to the plant, and is preferably performed after the start of application of the amino acid content enhancer.
  • the method of the present invention further includes a step of controlling the temperature condition of the cultivation period of the plant to which the present invention is applied in order to control the effect of the present invention (that is, the effect of increasing the amino acid content of the plant). Also good.
  • the amino acid content can be improved.
  • the control of the temperature condition may be a change from a high temperature condition to a low temperature condition or a change from a low temperature condition to a high temperature condition, and the control is started after sowing (preferably germination) and the control ends. If the harvesting is performed before, the start time and the control period are not particularly limited.
  • the start of control may be before or after the start of application of the amino acid content enhancer to the plant, and is preferably performed after the start of application of the amino acid content enhancer.
  • the present invention further provides a method for producing a plant having an improved amino acid content (hereinafter referred to as “the production method of the present invention”).
  • the production method of the present invention is characterized by using the above-described method of the present invention, the step of applying the composition of the present invention or the amino acid content enhancer to a plant, and the plant in the presence of the amino acid content enhancer. What is necessary is just to include the process to grow.
  • the production method of the present invention preferably further includes a step of measuring the amino acid content in the plant to which the amino acid content enhancer has been applied, and the amino acid content in the target crop of the plant to which the amino acid content enhancer has been applied. It is also preferable to further include the step of measuring
  • the production method of the present invention is an amino acid compared to a plant cultivated in the absence of an amino acid content enhancer. More preferably, the method further includes a step of selecting a plant having an improved content. By having the said structure, the target plant can be selected successfully.
  • the method includes a step of selecting a plant having a profile characteristic of a plant cultivated in the presence of an amino acid content enhancer as described later.
  • the profile used here may be a metabolite production amount profile obtained by profiling a metabolite production amount or a gene expression amount profile obtained by profiling a gene expression amount.
  • the target plant may be selected based on the comparison with the metabolite generation amount profile or gene expression level profile acquired in advance, but the step of acquiring the metabolite generation amount profile or gene expression level profile in the plant May further be included.
  • the method for obtaining the metabolite production amount profile is not particularly limited, and a conventionally known method for measuring the amount of metabolite can be used.
  • a conventionally known method for measuring the amount of metabolite can be used.
  • the metabolite production amount profile can be acquired as follows, for example.
  • Use hierarchical clustering (HCA: Hierarchical Cluster Analysis) that quantifies the trend of increase or decrease in the amount of each metabolite produced between samples measured using CE-TOFMS and groups similar results.
  • HCA Hierarchical Cluster Analysis
  • the dendrogram and Heat Map obtained in this manner include a unique tendency for each applied condition, for example, the plant obtained by the method of the present invention and the plant in the control plot can be easily obtained. Can be distinguished.
  • the present invention further provides a plant having an improved amino acid content (hereinafter referred to as “the plant of the present invention”).
  • the plant of the present invention is a plant obtained by the production method of the present invention.
  • the plant of the present invention is not particularly limited as long as it is listed above as the “plant to which the present invention is applied”, and may be a terrestrial plant or an aquatic plant, and the aquatic plant is an algae. Preferably there is.
  • the plant of the present invention can be identified by comparing metabolite production amount profiles obtained using metabolomic analysis or the like.
  • an amino acid content enhancer eg, GSSG
  • a metabolite production profile in a plant cultivated by applying an amino acid content enhancer Is also different from the metabolite production amount profile obtained in plants cultivated by other methods. Therefore, whether or not the plant is obtained by the production method of the present invention by obtaining a metabolite production amount profile of the plant to be investigated and comparing it with the previously obtained metabolite production amount profile of the present invention. Can be easily and clearly determined.
  • a gene expression profile of a plant cultivated by applying an amino acid content enhancer (eg, GSSG) (also referred to as a gene expression profile of the present invention) is cultivated by other methods. It may be different from the gene expression profile obtained in the plant obtained.
  • the gene expression level profile of the plant to be investigated by acquiring the gene expression level profile of the plant to be investigated and comparing it with the gene expression level profile of the present invention acquired in advance, it is easy to determine whether the plant is obtained by the production method of the present invention. And it can be determined clearly. As yet another example, it can be determined whether or not GSSG has been applied by comparing with a pattern change examined in advance from a two-dimensional electrophoresis image of glutathione-binding protein. It is also possible to confirm that the plant of the present invention is not a plant obtained by gene transfer (transformation) by confirming the target gene in the plant by PCR method, Southern hybridization method, Northern hybridization method or the like. it can.
  • a plant obtained by the method of the present invention is obtained by a method other than the method of the present invention by examining at least one of the amount and ratio of the amino acid content enhancer in the plant. And can be clearly distinguished.
  • Such a method may be performed alone or in combination. By performing a combination of a plurality, the plant of the present invention and the plant obtained by a method other than the method of the present invention can be more clearly distinguished.
  • Arabidopsis thaliana was grown at 22 ° C. under daylight conditions of 16 hours light period / 8 hours dark period with light of 100 ⁇ E / m 2 intensity. Growth experiments were conducted using soil formed by layering vermiculite (Asahi Kogyo) 2 on the lower layer, Kureha nursery soil (Kureha) 1 on the middle layer, and vermiculite (Asahi Kogyo) 1 on the upper layer.
  • plants were given water only (Cont), 1 mM oxidized glutathione (GSSG) solution, 2 mM reduced glutathione (GSH) solution, or 3 mM ammonium nitrate (NH 4 NO 3 ).
  • GSSG oxidized glutathione
  • GSH reduced glutathione
  • NH 4 NO 3 ammonium nitrate
  • CE-TOFMS capillary electrophoresis-time-of-flight mass spectrometer: Agilent CE-TOFMS system (Agilent Technologies)
  • the detected peaks were collated against a database based on m / Z and electrophoresis time, and amino acids were searched, identified and quantified.
  • the specimen used for CE-TOFMS was prepared as follows. First, 500 ⁇ L of a methanol solution containing a leaf sample and 50 ⁇ M of an internal standard substance was placed in a crushing tube, frozen with liquid nitrogen, and crushed using a desktop crusher. To this, 500 ⁇ L of chloroform and 200 ⁇ L of Milli-Q water were added and stirred, followed by centrifugation (2300 ⁇ g, 4 ° C., 5 minutes). After centrifugation, the aqueous phase was transferred to an ultrafiltration tube (MILLIPORE, Ultra Free MC UFC3 LCC centrifugal filter unit 5 kDa) 400 ⁇ L ⁇ 1. This was centrifuged (9100 ⁇ g, 4 ° C., 120 minutes), and an ultrafiltration treatment of the aqueous phase was performed. The filtrate was dried and dissolved in 50 ⁇ L of Milli-Q water and used for measurement.
  • MILLIPORE Ultra Free MC UFC3 LCC centrifugal filter unit 5 kDa
  • FIG. 1 (a) The results of amino acid content determined using CE-TOFMS are shown in FIG.
  • FIG. 1 (a) when the total free amino acid content in the plants 4 weeks after sowing was compared, the total free amino acid content of the control group (1) fed with water alone was compared with the GSSG-treated group ( The total free amino acid content of 2) or GSH-treated section (3) was about 2.8-fold or about 2.9-fold, respectively, showing a marked increase.
  • the ammonium nitrate treatment section (4) as a nitrogen source no increase in the amino acid content was observed.
  • the total free amino acid content was lower than that of the plant after 4 weeks of sowing under all conditions.
  • the total free amino acid content of the GSSG-treated group (2) or GSH-treated group (3) was about 2.0 times or about 2.4 times the total free amino acid content of the control group (1) There was a marked increase.
  • the amino acid content was slightly increased (about 1.37 times), unlike the case of the plant 4 weeks after sowing, but clearly less than the glutathione treatment group. It was.
  • FIG. 2 (a) shows the amount of each free amino acid of Arabidopsis thaliana grown for 4 weeks after sowing in the presence of an amino acid content enhancer under the same conditions as described above and quantified by CE-TOFMS. Although the absolute amount of each amino acid is greatly different for each amino acid, any of the amino acids shown in FIG. As shown in FIG. 2 (b), there was a significant increase (about 1.5 to about 30 times) in the content of some amino acids.
  • FIG. 3 (a) shows the amount of each free amino acid in Arabidopsis thaliana grown for 5 weeks after seeding and quantified by CE-TOFMS in the presence of an amino acid content enhancer under the same conditions as described above. Although the absolute amount of each amino acid is greatly different for each amino acid, all the amino acids shown in FIG. As shown in FIG. 3 (b), there was a significant increase (about 1.5 times to about 20 times) in the content of some amino acids.
  • FIG. 4 shows a metabolite production profile obtained when Arabidopsis thaliana was treated with oxidized glutathione (GSSG) and reduced glutathione (GSH) at the same time as the amino acid analysis, and a comparative analysis was performed.
  • GSSG oxidized glutathione
  • GSH reduced glutathione
  • the measured amount of metabolite produced was classified as shown in the tree diagram of FIG. Furthermore, the classification of metabolites was more visually expressed by showing the degree of increase and decrease in the Haet Map format.
  • SampleStat ver 3.13 and PeakStat ver. 3.17 (both manufactured by Human Metabolome Technologies, Inc.) were used for hierarchical clustering and creation of Heat Map. From FIG. 4, it is possible to recognize a cluster of metabolites that increases characteristically in the GSH treatment section and a cluster that increases characteristically in the GSSG treatment section. Thus, it is shown that a production profile of a characteristic metabolite can be obtained from the glutathione application section, and it is possible to distinguish a plant that has been treated with glutathione and improved in amino acid from an untreated plant. I understood.
  • the degree of improvement of each free amino acid content by glutathione was different depending on the light conditions at the time of sampling. For example, as shown in FIG. 5, for ⁇ -alanine, glycine, proline, threonine, serine, and glutamic acid, the content in the leaf 8 hours after light irradiation (L8) is the content in the leaf before light irradiation (L0). Had risen more than. On the other hand, for leucine, valine, histidine, alanine, asparagine, aspartic acid, arginine, and glutamine, the content in the leaves sampled before light irradiation (L0: dark condition) was 8 hours after light irradiation (L8). It was better than.
  • the serine content (nmol / g FW) is shown in FIG.
  • the serine content in the leaves is significantly improved by combining the treatment of oxidized glutathione or reduced glutathione with light irradiation. Such a remarkable effect was not observed in the control group and the ammonium nitrate fertilized group.
  • the content (nmol / g FW) of asparagine is shown in FIG.
  • the content of asparagine is greatly improved by applying oxidized glutathione or reduced glutathione, but the effect is greater before light irradiation. Such an effect was not observed in the control group and the ammonium nitrate fertilized group.
  • amino acid content can be further improved by controlling the light conditions at harvest time in addition to the application of glutathione.
  • CE-TOFMS capillary electrophoresis-time-of-flight mass spectrometer: Agilent CE-TOFMS system (Agilent Technologies)
  • cation mode anion mode
  • FIG. 8 and FIG. 9 show the amino acid content of spinach treated with glutathione, with 1 for the control group.
  • the effect of glutathione was observed only with some amino acids, and the effect was small.
  • various amino acid contents were improved under high temperature conditions.
  • oxidized glutathione it was shown that the amino acid content of tyrosine, glycine, homoserine, and phenylalanine was improved 5 times or more.
  • oxidized glutathione can be used more favorably than reduced glutathione.
  • CE-TOFMS capillary electrophoresis-time-of-flight mass spectrometer: Agilent CE-TOFMS system (Agilent Technologies)
  • cation mode anion mode
  • FIG. 10 and FIG. 11 show the amino acid content of Komatsuna treated with glutathione, with 1 for the control group.
  • the effect of improving the amino acid content by glutathione was limited to some amino acids such as ⁇ -alanine, asparagine, and glutamine under high temperature conditions.
  • the content of more amino acids was improved under low temperature conditions.
  • Komatsuna it was shown that by applying reduced glutathione, the amino acid content of aspartic acid, threonine, GABA, isoleucine, asparagine, glutamine, arginine was improved more than twice.
  • Komatsuna it was found that reduced glutathione can be used more favorably than oxidized glutathione.
  • CE-TOFMS capillary electrophoresis-time-of-flight mass spectrometer: Agilent CE-TOFMS system (Agilent Technologies)
  • cation mode anion mode
  • FIG. 12b shows the ratio of the free amino acid content in the treated group at each concentration when the free amino acid content in the control group is 1.
  • the total free amino acid content was 24.8 times, showing a particularly remarkable effect.
  • the content of glycine, asparagine, histidine, homoserine, glutamine, and arginine increased about 100 times or more when 5 mM GSSG was used, and arginine showed a remarkable increase of 1070 times, the maximum.
  • Example 2 In the same manner as in Example 1, the collected fruit was used as a specimen, and CE-TOFMS (capillary electrophoresis-time-of-flight mass spectrometer: Agilent CE-TOFMS system (Agilent Technologies)) was used to measure in the cation mode and anion mode. Carried out. The detected peaks were collated against a database based on m / Z and electrophoresis time, and amino acids were searched, identified and quantified. The obtained result is shown in FIG.
  • CE-TOFMS capillary electrophoresis-time-of-flight mass spectrometer: Agilent CE-TOFMS system (Agilent Technologies)
  • FIG. 13 shows the ratio of the amino acid content in the fruit when the GSSG granule or GSH granule is applied to the amino acid content of the fruit in the control group.
  • the GSSG granule was used, an increase in amino acid content was observed in the fruit collected 20 days after the granule treatment. Furthermore, in the fruit collected 29 days after the granule treatment, the content of all amino acids was improved, and the total free amino acid content was 2.2 times.
  • GSH granules were used, an increase in the content of some amino acids was observed 20 days after the granule treatment, and all amino acid contents were improved after 29 days.
  • the total free amino acid content when the GSH granule was treated was 1.5 times that of the control group, and it was found that the GSSG granule can be preferably used.
  • the method of the present invention can improve the amino acid content not only in crop leaves but also in fruits. Moreover, it was shown that the glutathione used in the present invention does not depend on the dosage form, and in addition to liquid fertilizer, a granule or the like holding glutathione can be used.
  • Solution soil cultivation in a pot was carried out, and as additional fertilization, one obtained by diluting Otsuka Nourishment soil cultivation No. 5 (NPK: 12-20-20) to EC 0.6 to 1.0 dS / m, Served simultaneously with irrigation 2-3 times a day.
  • Example 2 Glutathione was applied on July 31, 2012 at 4.8 g / pot of GSSG granules.
  • the edible portion collected 4 weeks after application of the granules was subjected to measurement of amino acid content.
  • CE-TOFMS capillary electrophoresis-time-of-flight mass spectrometer: Agilent CE-TOFMS system (Agilent Technologies)
  • the detected peaks were collated against a database based on m / Z and electrophoresis time, and amino acids were searched, identified and quantified. The obtained result is shown in FIG.
  • FIG. 14 shows arginine content and lysine content in leek subjected to GSSG treatment.
  • the arginine content was improved by 1.8 times and the lysine content was improved by 1.6 times compared to the GSSG untreated group (control). From this, it was found that even in leek, which is a monocotyledonous plant, the amino acid content can be improved by glutathione treatment.
  • the present invention can be in the following aspects: [1] A composition for increasing the amino acid content of a plant, comprising an amino acid content enhancer. [2] The composition of 1, wherein the amino acid content enhancer is glutathione or a derivative thereof. [3] The composition according to 1 or 2, wherein the amino acid content enhancer is oxidized glutathione, reduced glutathione, or an ester thereof. [4] The composition of 1 to 3, which is in the form of a liquid, tablet, powder or granule. [5] The composition of 1 to 4, which does not contain a nitrogen source. [6] A composition of 1 to 5, which is used for producing a plant having an improved amino acid content.
  • a kit for increasing the amino acid content of a plant comprising an amino acid content enhancer or a composition containing the amino acid content enhancer.
  • the kit of 7 comprising an instruction document describing a use procedure for increasing the amino acid content of a plant.
  • a method for increasing the amino acid content of a plant comprising a step of applying to the plant an amino acid content enhancer or a composition containing the amino acid content enhancer.
  • the method of 10 further comprising the step of cultivating a plant in the presence of an amino acid content enhancer.
  • the method of 1 to 24, wherein the plant to be applied is a terrestrial plant.
  • the method of 1 to 24, wherein the plant to be applied is an aquatic plant.
  • the method according to 26, wherein the aquatic plant is algae.
  • 28 plants, wherein the plant to be applied is a terrestrial plant.
  • 28 plants, wherein the plant to be applied is an aquatic plant.
  • 30 methods or plants, wherein the aquatic plant is algae.
  • the amino acid whose content in the plant is improved by the amino acid content enhancer used in the above 1 to 31 varies depending on the plant species and is not particularly limited.
  • GABA glutamic acid, ⁇ -alanine, aspartic acid, alanine, lysine, threonine
  • It is preferably at least one amino acid selected from the group consisting of hydroxyproline, leucine, serine, tryptophan, valine, tyrosine, phenylalanine, proline, isoleucine, glycine, asparagine, histidine, homoserine, glutamine and arginine, proline
  • the arginine is at least one amino acid selected from the group consisting of isoleucine, glycine, asparagine, histidine, homoserine, glutamine and arginine. It is particularly preferred.
  • composition of the present invention a plant having an improved amino acid content can be easily produced. Therefore, the present invention can be used in industries such as agriculture and the food industry. The scope of application seems to be extremely wide across plants and agricultural products. Considering the recent health orientation, plants with improved amino acid content are highly marketable.

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Abstract

 植物のアミノ酸含量を高める技術を開発するとともに、アミノ酸含量が向上した植物を簡便に製造する技術を提供するために、アミノ酸含量亢進剤、アミノ酸含量亢進剤を含有している組成物、あるいは、アミノ酸含量亢進剤、またはアミノ酸含量亢進剤を含有している組成物を備えているキットを用いて植物のアミノ酸含量を高めるとともに、アミノ酸含量が向上した植物を製造する。

Description

植物のアミノ酸含量を高めるための化合物およびその利用
 本発明は、植物のアミノ酸含量を高める化合物および該化合物を含む組成物、ならびにこれらの利用に関する。
 アミノ酸は、食品のコク味や甘味などに深く関わるだけでなく、その生理活性が近年特に注目されている。それに伴い、アミノ酸含量を特徴にした種々の商品が開発されている。また、農産物においてもその栄養価について強い関心がもたれている。
 植物の栽培条件の違いによって、植物のアミノ酸含量が変動することが知られている。例えば、非特許文献1には、キャベツにおける遊離アミノ酸の含量および組成が、収穫時期や窒素施肥条件によって変動することが記載されている。非特許文献2には、土壌や肥料の違いによってホウレンソウにおける遊離アミノ酸含量に差異が生じることが記載されている。
 また、アミノ酸含量の高い野菜を生産する技術もまた知られている。例えば、特許文献1には、野菜の収穫期に窒素肥料の施肥を行うことによってアミノ酸含量の高い野菜を生産する方法が開示されている。特許文献2~4には、特定の遺伝子で形質転換した植物において、遊離アミノ酸の含量が増大したことが開示されている。
日本国公開特許公報「特開平10-323128号公報(平成10年12月8日公開)」 日本国公開特許公報「特開2003-125661号公報(平成15年5月7日公開)」 日本国公開特許公報「特開2003-310072号公報(平成15年11月5日公開)」 国際公開公報「WO2003/000041号パンフレット(2003(平成15)年1月3日国際公開)」 日本国公開特許公報「特開2004-352679号公報(平成16年12月16日公開)」 日本国公開特許公報「特開2009-165494号公報(平成21年7月30日公開)」 日本国公開特許公報「特開2008-120815号公報(平成20年5月29日公開)」 国際公開公報「WO01/080638号パンフレット(2001(平成13)年11月1日国際公開)」 国際公開公報「WO2008/072602号パンフレット(2008(平成20)年6月19日国際公開)」 国際公開公報「WO2009/063806号パンフレット(2009(平成21)年5月22日国際公開)」
Bull. Hyogo Pre. Agri. Inst. (Agriculture) 50, 41-46 (2002) 日本家政学会誌 Vol.53, No.2, p.199-203 (2002)
 しかしながら、アミノ酸含量が2倍以上に高められた植物を得るには、特許文献2~4に記載されているような遺伝子組換え技術を用いることが必要であり、特許文献1に記載されているような生育管理のみによってアミノ酸含量を高めようとしても、その効果はわずかであった。
 本発明は、上記の問題点に鑑みてなされたものであり、その目的は、植物のアミノ酸含量を高める技術を開発するとともに、アミノ酸含量が向上した植物を簡便に製造する技術を提供することにある。
 本発明者らは、上記課題を解決するために鋭意検討を行い、その結果、一定条件下でグルタチオンを投与した植物を生育させることによって、植物体内のアミノ酸含量を飛躍的向上させることに成功した。この効果は、特許文献1に記載されているような、従来の窒素肥料では達成できないレベルであった。また、特許文献2~4に記載されているように、遺伝子組換え技術によってアミノ酸含量が飛躍的に高められた植物がこれまでに作出されているが、生育管理のみによって植物のアミノ酸含量を飛躍的に高めた例は報告されていない。
 本発明者らは、グルタチオンを用いて、カルスを効率よく短期間に再分化し得ること(特許文献5~6等)、細胞または器官の分化を調節し得ること(特許文献7~8等)、植物の収穫指数を向上させ得ること(特許文献9等)、植物の糖度を向上させること(特許文献10等)を見出している。しかし、グルタチオンを施用することによって植物のアミノ酸含量が高まるという報告はこれまでになされていない。また、植物のアミノ酸含量を容易に高め得ることは、当業者にとって予測可能な範囲を超えた、格別顕著な効果である。
 本発明の組成物は、植物のアミノ酸含量を高めるために、アミノ酸含量亢進剤を含有していることを特徴としている。
 本発明のキットは、植物のアミノ酸含量を高めるために、アミノ酸含量亢進剤、またはアミノ酸含量亢進剤を含有している組成物を備えていることを特徴としている。
 本発明の組成物およびキットは、アミノ酸含量が向上した植物を製造するために用いられてもよい。
 本発明の方法は、アミノ酸含量亢進剤、またはアミノ酸含量亢進剤を含有している組成物を植物に施用する工程を包含することを特徴としている。
 本発明の製造方法は、アミノ酸含量亢進剤の存在下にて植物を栽培する工程を包含することを特徴としている。
 本発明の植物は、上記製造方法によって製造されたことを特徴としている。
 本発明は、遺伝子組換え技術の使用を必要としないばかりか、どのような植物種にも適用が可能であるため、活用可能な作物や果樹は多い。本発明は、農産物のアミノ酸含量を高めることによって、所望の農産物のブランド力を強化したり、新規ブランドの創出に寄与したりすることができる。
 本発明を用いれば、農産物のアミノ酸の含量や組成を向上および/または改善することが可能となるので、農産物に大きな付加価値を与えることができる。例えば、本発明を用いれば、春菊、ホウレンソウ、小松菜、サラダ菜、中国菜心、キャベツ、ニンジン、チャ、エダマメなどの農産物のアミノ酸含量を高めることが期待され、高機能・高付加価値の特保野菜の開発等にも寄与し得る。また、農産物の代謝物を分析したり、炭素、窒素および/または硫黄の同位体を用いて分析したりすることによって、本発明を使用した植物を容易に特定することができるため、権利行使が容易である。
種々の栽培条件下にて生育させた、播種4週間後(a)または播種5週間後(b)の、シロイヌナズナ中に含有される全遊離アミノ酸含量を示すグラフである。 種々の栽培条件下にて生育させた、播種4週間後のシロイヌナズナ中に含有される種々のアミノ酸(プロリン、チロシン、アスパラギン、グルタミン、グルタミン酸、メチオニン、ヒスチジン、アルギニン、GABA,ヒドロキシプロリン,ホモセリン)の生重量あたりの量を示すグラフ(a),および対照区(Cont)を1としたときの比率(b)である。 種々の栽培条件下にて生育させた、播種5週間後のシロイヌナズナ中に含有される種々のアミノ酸(アラニン、セリン、プロリン、バリン、チロシン、イソロイシン、ロイシン、アスパラギン、アスパラギン酸、グルタミン、ヒスチジン、アルギニン、GABA,ヒドロキシプロリン,ホモセリン)の生重量あたりの量を示すグラフ(a)、及び対照区(Cont)を1としたときの比率(b)である。 グルタチオンを施用したシロイヌナズナにおける代謝物質の生成量の増減を示す図である。 グルタチオンを施用し、収穫前の光条件を調節したシロイヌナズナにおける、葉内の各アミノ酸の含量を示した図である。 グルタチオンを施用し、収穫前の光条件を調節したシロイヌナズナにおける、葉内のセリンの含量を示した図である。 グルタチオンを施用し、収穫前の光条件を調節したシロイヌナズナにおける、葉内のアスパラギンの含量を示した図である。 低温条件下にてグルタチオンを施用したホウレンソウにおける各遊離アミノ酸含量を、対照区を1として示した図である。 高温条件下にてグルタチオンを施用したホウレンソウにおける各遊離アミノ酸含量を、対照区を1として示した図である。 高温条件下にてグルタチオンを施用したコマツナにおける各遊離アミノ酸含量を、対照区を1として示した図である。 低温条件下にてグルタチオンを施用したコマツナにおける各遊離アミノ酸含量を、対照区を1として示した図である。 種々の濃度のグルタチオンを施用したキクナ(シュンギク)における各遊離アミノ酸含量を示した図である。 種々の濃度のグルタチオンを施用したキクナ(シュンギク)における各遊離アミノ酸含量を、対照区(cont)を1として換算した図である。 グルタチオン粒剤を施用したトマトにおける、果実の各遊離アミノ酸含量を示した図である。 グルタチオン粒剤を施用したニラにおけるアルギニンおよびリジンの含量を示した図である。
 本発明の一実施形態について説明すると以下の通りである。なお、本発明はこれに限定されるものではないことを念のため付言しておく。
 〔1.アミノ酸含量亢進剤〕
 本明細書中で使用される場合、「アミノ酸含量亢進剤」は、植物のアミノ酸含量を高めることができる物質が意図され、グルタチオンの合成またはグルタチオン生成量を増大させる物質もまた、アミノ酸含量亢進剤に包含される。本発明において、アミノ酸含量亢進剤は、植物に接触させることによって植物に吸収されて作用する物質であることが好ましく、グルタチオンまたはその誘導体であることが好ましい。
 後述する実施例に示されるように、通常の条件下にて栽培した植物または硝酸アンモニウムを施用して栽培した植物と比較して、酸化型グルタチオンまたは還元型グルタチオンを施用して栽培した植物では、全アミノ酸含量が顕著に増加していた。また、特定のアミノ酸(例えば、アラニン、セリン、プロリン、バリン、チロシン、イソロイシン、ロイシン、アスパラギン、アスパラギン酸、グルタミン、グルタミン酸、メチオニン、ヒスチジン、アルギニン、GABA,ヒドロキシプロリン,ホモセリン)の含有量は、生育管理のみによって植物のアミノ酸含量を高めた従来技術に基づいて当業者が予測し得ない、格別顕著な程度に増加していた。
 生体内での解毒作用や抗酸化作用を有するグルタチオンは、γ-Glu-Cys-Glyからなるトリペプチドであり、植物における硫黄の貯蔵形態および輸送形態である。グルタチオンの誘導体としては、ホモグルタチオン、カルボキシプロピルグルタチオン、ジカルボキシエチルグルタチオン等が挙げられるが、グルタチオンと同様に植物のアミノ酸含量を高める機能を有していればこれらに限定されない。マメ科植物においてグルタチオンと同様の機能を有しているホモグルタチオンは、グルタチオンのGlyがβ-Alaに置換された化合物である。また、グルタチオンまたは上記誘導体のエステル体もまた、グルタチオンの誘導体に包含される。すなわち、本発明に使用されるアミノ酸含量亢進剤は、酸化型グルタチオン、還元型グルタチオン、ホモグルタチオン、カルボキシプロピルグルタチオン、ジカルボキシエチルグルタチオン、およびこれらのエステル体からなる群より選択される物質であり得る。
 本発明に使用されるグルタチオンは、その製造条件は特に限定されず、人工的に合成されたものであっても、天然物由来のものであってもよい。また、その精製度は高くても低くてもよく、市販品が利用されてもよい。
 グルタチオンまたはその誘導体は還元型であっても酸化型であってもよいが、多くの場合は酸化型であることが好ましい。
 本発明者らは、植物の発芽、成長、開花のメカニズムについて、これまで研究を進めており、植物体の一部から誘導されたカルスを、グルタチオンを含有する再分化培地で培養することにより、発根を促進し、効率よく短期間でカルスから再分化体が得られること(特許文献5等)や、グルタチオンを用いて植物の栽培を行うことにより、当該栽培植物の種子の数や花の数を著しく増加させることができることや、植物ホルモン(例えば、ジベレリン)の合成機能又は応答機能に変異を有する植物体を、グルタチオンを用いて栽培することによって、わき芽を顕著に増加させることができ、それに伴って花(莢)の数も増加させることができること(特許文献8等)、植物体の糖度を向上させること(特許文献10等)を見出している。しかし、グルタチオンまたはその誘導体をアミノ酸含量亢進剤として用いる、すなわち、植物のアミノ酸含量を簡便に高めるために用いるという用途は、従来の当該物質の用途とは全く異質の新規用途である。また、アミノ酸含量が向上した植物が得られるという効果は、従来の用途からは全く予測できなかった。このように本発明は、本発明者らによる全く新たな発見に基づいて成されたものである。
 このような用途を実現するためには、化合物としてのアミノ酸含量亢進剤が直接用いられても、アミノ酸含量亢進剤を含有している組成物が用いられてもよく、また、キットに備えられているアミノ酸含量亢進剤または組成物が用いられてもよい。一般に、組成物は「二種以上の成分が全体として均質に存在し、一物質として把握されるもの」が意図され、本明細書中で使用される場合、「組成物」は各種成分が一物質中に含有されている形態であることが意図される。また、本明細書中で使用される場合、「キット」は、組成物中に含有されるべき各種成分が別々の容器(例えば、ボトル、プレート、チューブ、ディッシュなど)に含まれておりかつ容器の全てが全体として1つに梱包されている形態であることが意図され、後述する支持体または培養容器を備えていてもよい。
 アミノ酸含量亢進剤を用いれば、植物のアミノ酸含量を簡便に高めることができ、さらには、アミノ酸含量が向上した植物を製造することができる。例えば、アミノ酸含量亢進剤を培地に包含させて、当該培地を用いて植物を栽培しても、植物体の全体または一部(茎,葉など)に、液体形態の組成物としてアミノ酸含量亢進剤を散布,滴下,塗布してもよい。さらに、植物が水草のような水生植物である場合、底床添加剤として根から吸収させたり、固形剤を水中で除々に溶解させたりしてもよい。そのため、上述した従来技術と比較して、熟練した技、特殊な技術、特殊な生産装置等を要せず、植物のアミノ酸含量を簡便に高めることができ、そしてアミノ酸含量が向上した植物を極めて簡便に得ることができる。
 本明細書中において使用される場合、「アミノ酸含量が向上した植物」は、アミノ酸含量亢進剤の非存在下にて栽培した同一種の植物と比較してアミノ酸含量が向上した植物が意図される。アミノ酸含量亢進剤を用いて植物を栽培すれば、アミノ酸含量亢進剤を用いずに栽培する場合に比べて、当該植物のアミノ酸含量を向上させることができる。なお、植物中のアミノ酸含量の測定方法については従来公知の手順に従えばよい。
 アミノ酸含量亢進剤の使用濃度は、酸化型グルタチオン(GSSG)を液体形態の組成物として植物に施用する場合、0.2mM~5mMが好ましく、0.5mM~5mMがより好ましく、1mM~5mMがさらに好ましく、2mM~5mMがなおさらに好ましい。この範囲であれば、製造される植物のアミノ酸含量をより向上させることができる。液体形態の組成物は、アミノ酸含量亢進剤を、適当な溶媒(例えば、水など)に溶解させて調製され得る。水は、脱イオン水、蒸留水、逆浸透水、水道水などのいずれもが利用可能である。溶媒には、アミノ酸含量亢進剤以外の成分、例えば市販の各種肥料や界面活性剤等を含ませることも可能である。なお、この濃度は、適用する植物の種類や、適用時期等に応じて適宜変更することができる。
 植物に適用するアミノ酸含量亢進剤の量は、その濃度や施用条件に応じて調節することができるが、その量については、実際に植物に供されるアミノ酸含量亢進剤の総量によって定義付けることができる。
 例えば、植物を栽培するための支持体をアミノ酸含量亢進剤で湿潤させる方法として、アミノ酸含量亢進剤を含む溶液を支持体上部から散水する方法、アミノ酸含量亢進剤を含む溶液を満たした容器内に支持体を置床し底面から潅水させる方法などが例示される。支持体上部から散水する場合には、上部からの散水量はアミノ酸含量亢進剤の使用条件・ポット容積等の栽培条件に応じて適宜調整することができ、例えば1mMのGSSGを用いることを想定した場合には、1個体あたり5mL/回~150mL/回が好ましく、8.5mL/回~100mL/回がより好ましく、20mL/回~50mL/回が更に好ましい。底面から潅水させる場合は、アミノ酸含量亢進剤を含む溶液が支持体に、実質的に均一に湿潤されればよいが、このような場合に使用する液量・濃度としては、土壌あたりに施用するアミノ酸含量亢進剤の量として定義付けることもできる。
 液体形態の組成物を植物に直接散布する場合は、溶液を、スプレーなどを用いて、植物の一部または全体に、霧状に散布すればよい。溶液の散布量は、溶液中のアミノ酸含量亢進剤の濃度によって適宜設定される。散布回数は、1回でも2回以上であってもよいが、栽培開始時に散布することが好ましい。さらにアミノ酸含量亢進剤の使用条件に応じて、栽培期間中に適宜(例えば数日(2日~7日)おき)追加で散布を行ってもよい。
 なお、アミノ酸含量亢進剤を含む培地または溶液は、アミノ酸含量亢進剤が上記濃度範囲内に調整された後に植物に供給されることが好ましいが、植物に取り込まれる段階でアミノ酸含量亢進剤が培地または溶液と混合されていればよい。よって、アミノ酸含量亢進剤を含有しない培地または溶液と補助剤とが、同時にまたは連続的に、植物の外表面に直接的に供給されても、植物の近傍(支持体または用土)に供給されてもよい。このような手順を用いることによって、植物は、補助剤が混合された培地または溶液を取り込むことができる。
 〔2.植物のアミノ酸含量を高めるための組成物〕
 本発明は、植物のアミノ酸含量を高めるための組成物(以下、「本発明の組成物」ともいう。)を提供する。本発明の組成物は、アミノ酸含量亢進剤を含有していればよい。
 本発明の組成物を、上述したアミノ酸含量亢進剤と同様に用いれば、植物のアミノ酸含量を簡便に高めることができ、さらには、アミノ酸含量が向上した植物を製造することができる。
 上述したように、本発明におけるアミノ酸含量亢進剤は、グルタチオンまたはその誘導体であることが好ましい。グルタチオンには、還元型グルタチオン(以下、「GSH」という。)及び酸化型グルタチオン(以下、「GSSG」という。)があるが、本発明に用いられるグルタチオンはいずれの型であってもよい。GSSGを用いた場合であってもGSHを用いた場合であっても、後述の実施例にて示すように、全アミノ酸の含有量が対照区と比べてより高い植物を得ることができる。なお、「酸化型グルタチオン」は、2分子の還元型グルタチオンがジスルフィド結合によってつながった分子であると定義付けられる。なお、GSHは、酸化されやすい性質を有していることが、当業者によく知られている。したがって、本発明の組成物にアミノ酸含量亢進剤としてGSHを含有させると、本発明の組成物には、GSSGが少なからず含まれている。つまり、本発明の組成物には、グルタチオンとして、GSHとGSSGとが混合した状態で含まれていてもよい。また、本発明の組成物にGSHを含有させ、その保存時もしくは使用時に、GSSGに酸化させた形態として利用しても、植物に施用した後にGSSGに酸化された形態として利用してもよい。なお、GSHをGSSGに酸化する方法は特に限定されるものではない。例えば、空気酸化により、GSHをGSSGに容易に変換することができる。また、従来公知のあらゆる人為的な方法で、GSHをGSSGに変換してもよい。
 本発明の組成物には、アミノ酸含量亢進剤の作用効果が損なわれない範囲であれば、他の成分を含有させてもよい。例えば、本発明の組成物は、水または従来公知の液体担体等に溶解されて、液剤、乳剤、ゲル状剤等の形態で提供されてもよい。そのような液体担体として、キシレン等の芳香族炭化水素類;エタノール、エチレングリコール等のアルコール類;アセトン等のケトン類;ジオキサン、テトラヒドロフラン等のエーテル類;ジメチルホルムアミド、ジメチルスルホキシド、アセトニトリル等が挙げられるが、これらに限定されない。また、本発明の組成物は、アミノ酸含量亢進剤を固形の担体成分に担持させた、固形剤、粉剤等であってもよい。そのような固形の担体成分としては、タルク、クレー、バーミキュライト、珪藻土、カオリン、炭酸カルシウム、水酸化カルシウム、白土、シリカゲル等の無機物;小麦粉、澱粉等の有機物等を例示できるが、これらに限定されない。また、本発明の組成物は、他の補助剤が適宜配合されていてもよい。そのような補助剤として、例えばアルキル硫酸エステル類、アルキルスルホン酸塩、アルキルアリールスルホン酸塩、ジアルキルスルホコハク酸塩等の陰イオン界面活性剤;高級脂肪族アミンの塩類等の陽イオン界面活性剤;ポリオキシエチレングリコールアルキルエーテル、ポリオキシエチレングリコールアシルエステル、ポリオキシエチレングリコール多価アルコールアシルエステル、セルロース誘導体等の非イオン界面活性剤;ゼラチン、カゼイン、アラビアゴム等の増粘剤;増量剤、結合剤等が挙げられる。
 後述する実施例に示されるように、本発明の組成物の形態は、特に限定されず、液体、錠剤、散剤または顆粒剤の形態であり得る。例えば、液体形態にて提供される場合、本発明の組成物を、植物を生育させるときに用いる培地等に含有させてもよいし、生長点、芽、葉、茎等の植物の一部又は全体に散布、滴下、塗布してもよい。なお、本明細書中において使用される場合、植物を栽培するための「培地」は、土壌、土壌改良剤を包含する。
 また、本発明の組成物は、錠剤、散剤または顆粒剤にて提供される場合、植物を生育させるときに用いる培地に含有させてもよいし、水上栽培する植物に適用する場合に水中に入れて徐々に溶解させてもよい。水に溶解させるための固形剤等として提供して、使用するときに水に溶解させるようにしてもよい。また、本発明の組成物を、従来公知の肥料、植物ホルモン等の薬剤と混合して植物に与えてもよい。
 なお、後述する実施例に示されるように、本発明の組成物を施用して栽培した植物は、窒素肥料(硝酸アンモニウム)を施用して栽培した植物と比較して、アミノ酸含量が顕著に高い。このことは、アミノ酸含量を高めるには、従来の窒素肥料を併用することを必ずしも要しないということを示している。このように、本発明の組成物は、窒素源を含有していなくてもよい。
 本発明はまた、植物のアミノ酸含量を高めるためのキット(以下、「本発明のキット」ともいう。)を提供する。本発明のキットは、アミノ酸含量亢進剤を含有している組成物(本発明の組成物)、またはアミノ酸含量亢進剤を備えていればよい。また、本発明のキットは、アミノ酸含量が向上した植物を製造するために用いられてもよい。
 本発明のキットは、これらの物質以外の他の成分を備えていてもよい。アミノ酸含量亢進剤、及び上記他の成分は、適切な容量及び/又は形態で含有した一つの容器に入れられて提供されてもよいし、それぞれ別の容器に入れられて提供されてもよい。また、植物を生育させるための器具、培地等を備えていてもよい。さらに、植物のアミノ酸含量を高めるという用途を実現するために、本発明のキットは、植物のアミノ酸含量を高めるための使用手順を記載した指示書、あるいはアミノ酸含量が向上した植物を製造するための使用手順を記載した指示書を備えていることが好ましい。「指示書」は、紙またはその他の媒体に書かれていても印刷されていてもよく、あるいは磁気テープ、コンピューター読み取り可能ディスクまたはテープ、CD-ROMなどのような電子媒体に付されてもよい。本発明のキットは、上述した組成物を構成するために用いられてもよく、上述した組成物に含まれる物質を別々に備えていても、上述した組成物とさらなる成分とを別々に備えていてもよい。
 本発明の組成物またはアミノ酸含量亢進剤を植物に施用する時期は特に限定されず、植物が、アミノ酸含量亢進剤を常に吸収し得る条件下で、本発明の組成物またはアミノ酸含量亢進剤を施用してもよいし、栽培期間を通して、間欠的にアミノ酸含量亢進剤を吸収し得る条件(例えば、週1回や週2回といった間隔で施用する条件)下で、本発明の組成物またはアミノ酸含量亢進剤を施用してもよく、特定の生育時期にのみ、本発明の組成物またはアミノ酸含量亢進剤を施用してもよい。本発明の組成物またはアミノ酸含量亢進剤を間欠的に施用することにより、アミノ酸含量亢進剤の使用量を減少させることができ、植物栽培にかかるコストを低減することができる。なお、本発明の組成物またはアミノ酸含量亢進剤を間欠的に施用する場合、一定の時間間隔で施用することが好ましいが、これに限定されず、不定の時間間隔で施用してもよい。例えば、本発明の組成物またはアミノ酸含量亢進剤を、植物の種子を播種した時点から与えてもよい。具体的には、播種後2ヶ月~半年弱程度で収穫時期に達する植物に本発明の組成物またはアミノ酸含量亢進剤を与える場合、播種した日に与えてもよく、好ましくは播種した日~播種後4週間、より好ましくは播種した日~播種後7週間、さらに好ましくは播種した日から収穫の日まで、定期的に与えることがさらに好ましい。この場合、本発明の組成物またはアミノ酸含量亢進剤を与える間隔としては特に限定されないが、一週間に1回~4回が好ましく、2~3回がより好ましい。
 また、本発明の組成物またはアミノ酸含量亢進剤を施用する時間間隔は特に限定されるものではなく、施用されるアミノ酸含量亢進剤の濃度、対象となる植物、及び本発明の組成物またはアミノ酸含量亢進剤を施用する時期等に応じて決定すればよい。一般的には、適用対象となる植物が草本植物の場合、週1回~週2回とするか、追肥時期と同時期に行うことが好ましい。
 アミノ酸含量が向上した収穫物として種子や果実を想定する場合、栄養生長期から生殖成長期への転換時期の前後(栄養生長期から生殖成長期への転換時期を含む)、もしくは、その後の花芽形成期、もしくは目的収穫物への転流が起きる時期に施用することが好ましい。このような構成によれば、特定の時期にのみ本発明の組成物またはアミノ酸含量亢進剤を用いるため、植物栽培にかかるコストを低減することができる。
 特定の時期にのみ、本発明の組成物またはアミノ酸含量亢進剤を施用する場合、特定の時期の一定期間、植物がアミノ酸含量亢進剤を常に吸収し得る条件下で本発明の組成物またはアミノ酸含量亢進剤を施用してもよいし、特定の時期の一定期間、間欠的にアミノ酸含量亢進剤を吸収し得る条件下で本発明の組成物またはアミノ酸含量亢進剤を施用してもよい。特定の時期の一定期間、間欠的に本発明の組成物またはアミノ酸含量亢進剤を施用することにより、植物の栽培コストをより一層低減することができる。
 施用されるアミノ酸含量亢進剤の量は、特に限定されず、植物の種類に応じて適宜設定すればよいが、GSSGをアミノ酸含量亢進剤として施用する場合、栽培期間を通して1個体当たりに施用するGSSGが0.02mmol以上、0.5mmol以下となるように提供されることが好ましく、0.05mmol以上、0.5mmol以下とすることがより好ましい。また、このようにして施用されるアミノ酸含量亢進剤は、前述した使用濃度の範囲において使用されることがより好ましいが、これに限らない。
 また、播種した後であって、苗を作出した後等、ある程度生育させた後から、所定の期間、本発明の組成物を施用してもよい。例えば、スイートコーン等のイネ科植物に本発明の組成物を施用する場合、苗を育てた後に、本発明の組成物を施用してもよい。この場合、作出した苗を植える培地に予め本発明の組成物を含有させていてもよく、当該培地に苗を植えた後、定期的に本発明の組成物を培地に施用してもよい。苗を植え替えた後に、本発明の組成物を培地に提供する場合、より具体的な施用の時期としては特に限定されないが、例えば、苗を植え替えた後から、収穫するまでの間に、一週間に1回~4回与えることが好ましく、2~3回がより好ましい。使用量としては、特に限定されず、植物の種類に応じて適宜設定すればよい。
 また、収穫時期から逆算して、本発明の組成物またはアミノ酸含量亢進剤を与える時期を設定してもよい。例えば、収穫時期の10日前から与えたり、20日前から与えたりする等のように設定してもよい。ここで言う収穫時期とは、種子が収穫物である場合には種子収穫の時期であり、葉が収穫物である場合には葉の収穫時期を指し、収穫物の様態を問わない。
 種子や果実を収穫物とする場合には、花をつける時期に基づいて、本発明の組成物またはアミノ酸含量亢進剤を与える時期を設定してもよい。例えば、つぼみの時期に施用してもよいし、花弁が散った後に施用してもよいし、つぼみの時期から果実が実るまでの間、開花した時期から果実が実るまでの間、花弁が散ってから果実が実るまでの間に、本発明の組成物またはアミノ酸含量亢進剤を施用してもよく、花序に塗布してもよい。
 なお、アミノ酸含量亢進剤を含む溶液を首尾よく調製する目的で利用される場合、本発明の組成物は、錠剤、散剤または顆粒剤の形態であることが好ましい。そして、得られた溶液中のアミノ酸含量亢進剤の最終濃度が上述した範囲内になるように、アミノ酸含量亢進剤が組成物中に含有されていることが好ましい。
 このように、栽培している間に本発明の組成物またはアミノ酸含量亢進剤を施用する場合、上述のように肥料及び/又は植物ホルモン等の薬剤と当該組成物とを混合して植物に施用してもよい。この場合、当該肥料等と組成物との混合物を与える時期としては特に限定されず、上述の例示に従ってもよいし、肥料等を与える好ましい時期に従ってもよい。
 本明細書中において、「植物」は、植物全体、植物器官(例えば葉、花弁、茎、根、種子など)、植物組織(例えば表皮、師部、柔組織、木部、維管束、柵状組織、海綿状組織など)または植物培養細胞、あるいは種々の形態の植物細胞(例えば、懸濁培養細胞)、プロトプラスト、葉の切片、カルスなどが意図される。
 本発明の適用対象となる植物としては、特に制限されず、種々の単子葉植物、双子葉植物、樹木等の植物全般に適用することができる。例えば、単子葉植物としては、例えばウキクサ属植物(ウキクサ)及びアオウキクサ属植物(アオウキクサ,ヒンジモ)が含まれるうきくさ科植物;カトレア属植物、シンビジウム属植物、デンドロビューム属植物、ファレノプシス属植物、バンダ属植物、パフィオペディラム属植物、オンシジウム属植物等が含まれる、らん科植物;がま科植物、みくり科植物、ひるむしろ科植物、いばらも科植物、ほろむいそう科植物、おもだか科植物、とちかがみ科植物、ほんごうそう科植物、イネ科植物(スイートコーン等のトウモロコシ等)、かやつりぐさ科植物、やし科植物、さといも科植物、ほしぐさ科植物、つゆくさ科植物、みずあおい科植物、いぐさ科植物、びゃくぶ科植物、ゆり科植物、ひがんばな科植物、やまのいも科植物、あやめ科植物、ばしょう科植物、しょうが科植物、かんな科植物、ひなのしゃくじょう科植物等を例示することができる。
 また、双子葉植物としては、例えばアサガオ属植物(アサガオ)、ヒルガオ属植物(ヒルガオ,コヒルガオ,ハマヒルガオ)、サツマイモ属植物(グンバイヒルガオ、サツマイモ)、ネナシカズラ属植物(ネナシカズラ、マメダオシ)が含まれるひるがお科植物;ナデシコ属植物(カーネーション等)、ハコベ属植物、タカネツメクサ属植物、ミミナグサ属植物、ツメクサ属植物、ノミノツヅリ属植物、オオヤマフスマ属植物、ワチガイソウ属植物、ハマハコベ属植物、オオツメクサ属植物、シオツメクサ属植物、マンテマ属植物、センノウ属植物、フシグロ属植物、ナンバンハコベ属植物が含まれるなでしこ科植物;もくまもう科植物、どくだみ科植物、こしょう科植物、せんりょう科植物、やなぎ科植物、やまもも科植物、くるみ科植物、かばのき科植物、ぶな科植物、にれ科植物、くわ科植物、いらくさ科植物、かわごけそう科植物、やまもがし科植物、ぼろぼろのき科植物、びゃくだん科植物、やどりぎ科植物、うまのすずくさ科植物、やっこそう科植物、つちとりもち科植物、たで科植物、あかざ科植物、ひゆ科植物、おしろいばな科植物、やまとぐさ科植物、やまごぼう科植物、つるな科植物、すべりひゆ科植物、もくれん科植物、やまぐるま科植物、かつら科植物、すいれん科植物、まつも科植物、きんぽうげ科植物、あけび科植物、めぎ科植物、つづらふじ科植物、ろうばい科植物、くすのき科植物、けし科植物、ふうちょうそう科植物、あぶらな科植物、もうせんごけ科植物、うつぼかずら科植物、べんけいそう科植物、ゆきのした科植物、とべら科植物、まんさく科植物、すずかけのき科植物、ばら科植物、まめ科植物、かたばみ科植物、ふうろそう科植物、あま科植物、はまびし科植物、みかん科植物、にがき科植物、せんだん科植物、ひめはぎ科植物、とうだいぐさ科植物、あわごけ科植物、つげ科植物、がんこうらん科植物、どくうつぎ科植物、うるし科植物、もちのき科植物、にしきぎ科植物、みつばうつぎ科植物、くろたきかずら科植物、かえで科植物、とちのき科植物、むくろじ科植物、あわぶき科植物、つりふねそう科植物、くろうめもどき科植物、ぶどう科植物、ほるとのき科植物、しなのき科植物、あおい科植物、あおぎり科植物、さるなし科植物、つばき科植物、おとぎりそう科植物、みぞはこべ科植物、ぎょりゅう科植物、すみれ科植物、いいぎり科植物、きぶし科植物、とけいそう科植物、しゅうかいどう科植物、さぼてん科植物、じんちょうげ科植物、ぐみ科植物、みそはぎ科植物、ざくろ科植物、ひるぎ科植物、うりのき科植物、のぼたん科植物、ひし科植物、あかばな科植物、ありのとうぐさ科植物、すぎなも科植物、うこぎ科植物、せり科植物、みずき科植物、いわうめ科植物、りょうぶ科植物、いちやくそう科植物、つつじ科植物、やぶこうじ科植物、さくらそう科植物、いそまつ科植物、かきのき科植物、はいのき科植物、えごのき科植物、もくせい科植物、ふじうつぎ科植物、りんどう科植物、きょうちくとう科植物、ががいも科植物、はなしのぶ科植物、むらさき科植物、くまつづら科植物、しそ科植物、なす科植物(トマト等)、ごまのはぐさ科植物、のうぜんかずら科植物、ごま科植物、はまうつぼ科植物、いわたばこ科植物、たぬきも科植物、きつねのまご科植物、はまじんちょう科植物、はえどくそう科植物、おおばこ科植物、あかね科植物、すいかずら科植物、れんぷくそう科植物、おみなえし科植物、まつむしそう科植物、うり科植物、ききょう科植物、きく科植物等を例示できる。また、本発明の対象となる植物は、上記例示した植物の野生型のみならず、変異体や形質転換体であってもよい。
 なお、後述する実施例に示されるように、植物におけるアミノ酸含量が向上する部位は特に限定されず、収穫物であってもそれ以外の部位(例えば、アミノ酸を抽出する目的のみに利用される器官または組織)であってもよい。「収穫物」とは、その植物において食糧となる部分、例えば、実を食する植物の場合は実、種子を食する植物の場合は種子、茎を食する植物の場合は茎、根を食する植物の場合は根、花を食する植物の場合は花、葉を食する植物の場合は葉等が意図されるが、これらに限定されない。
 〔3.植物のアミノ酸含量を高める方法、およびアミノ酸含量が向上した植物を製造する方法〕
 本発明は、植物のアミノ酸含量を高める方法(以下、「本発明の方法」という。)を提供する。本発明の方法は、本発明の組成物またはアミノ酸含量亢進剤を植物に施用する工程を包含すればよい。
 アミノ酸含量亢進剤は、植物に接触させることで植物に吸収させることができるので、上記工程は、アミノ酸含量亢進剤を目的の植物に接触させる工程でも、アミノ酸含量亢進剤を目的の植物に吸収させる工程でもあり得る。アミノ酸含量亢進剤を植物に吸収させる手順としては特に限定されず、例えば、本発明の組成物またはアミノ酸含量亢進剤を含有する培地(土壌及び土壌改良剤を含む)で植物を栽培することによって根から吸収させてもよいし、植物を栽培する間に本発明の組成物またはアミノ酸含量亢進剤を粒剤または液肥として与えたり、吹き付けたり、塗布したりすることによって植物がアミノ酸含量亢進剤を吸収するようにしてもよい。また、イオン交換樹脂等の吸着体に本発明の組成物またはアミノ酸含量亢進剤を吸着させて、これを土壌に埋設する等、培地中に配置した上で、当該植物を栽培してもよい。すなわち、本発明の方法は、アミノ酸含量亢進剤の存在下にて植物を栽培する工程をさらに包含する。なお、本発明の方法における工程の具体的な手順については、上述したような、本発明の組成物またはアミノ酸含量亢進剤の使用形態に準じればよい。
 また、施用するアミノ酸含量亢進剤の濃度は、植物のアミノ酸含量を高めることができる範囲内において、高濃度であっても低濃度であってもよく、提供される間隔、時期、期間等を適宜設定することによって所望の効果を導き得る。例えば、植物に接触させるアミノ酸含量亢進剤の濃度範囲は、0.2mM~5mMが好ましく、0.5mM~5mMがより好ましく、1mM~5mMがさらに好ましく、2mM~5mMがなおさらに好ましい。
 栽培期間を通して施用するアミノ酸含量亢進剤の総量が特定の範囲内である場合に、植物のアミノ酸含量を高めることができる。栽培期間を通して植物に与えるアミノ酸含量亢進剤の総量は、GSSGの量に換算することができる。例えば、4週間の栽培期間に使用するGSSGの量は、植物1個体当たり12.5mg~300mgの範囲内であることが好ましく、土壌1L当たり60mg~1450mgの範囲内であることが好ましい。GSSGを施用して植物を栽培する期間は、特に限定されないが、収穫の4週間(28日)前から収穫時点までであることが好ましい。なお、アミノ酸含量亢進剤の吸着体等を土壌に埋設し使用する場合には、植物体との接触時間が長くなり、液肥として土壌や植物に使用する場合よりも少量の施用で効果を発揮することができる。
 もちろん、本発明の方法が適用された植物においてアミノ酸含量が向上している。このことを確認するために、本発明の方法は、アミノ酸含量亢進剤を施用した植物におけるアミノ酸含量を測定する工程をさらに包含してもよい。また、後述する実施例5に示されるように、本発明の方法によって、植物の、目的とする収穫物におけるアミノ酸含量が向上している。このことを確認するために、本発明の方法は、アミノ酸含量亢進剤を施用した植物の、目的とする収穫物におけるアミノ酸含量を測定する工程をさらに包含してもよい。なお、植物におけるアミノ酸含量の測定方法については従来公知の手順に従えばよく、後述する実施例に記載の手順であってもよい。
 本発明の方法は、本発明による効果(すなわち、植物のアミノ酸含量を高める効果)を制御するために、本発明が適用された植物の収穫時期の光条件を制御する工程をさらに包含してもよい。後述する実施例に示されるように、アミノ酸含量亢進剤の施用と収穫前の光照射とを組み合わせることによって収穫物中の含量が上昇するアミノ酸や含量が低下するアミノ酸が存在する。上記構成によれば、目的のアミノ酸の含量を首尾よく増加させたり、収穫物中のアミノ酸の含量比を所望の値に調節したりすることができる。なお、光条件の制御は、明条件下から暗条件下への変更であっても暗条件下から明条件下への変更であっても、明条件下での光量の変更であってもよく、収穫物を収穫する前に行われればよく、制御の開始の8時間以上後でありかつ制御の終了までに収穫が行われれば、開始時期および制御期間は特に限定されない。また、制御の開始は、植物へのアミノ酸含量亢進剤の施用を開始する前であっても後であってもよく、アミノ酸含量亢進剤の施用を開始した後に行われることが好ましい。
 本発明の方法はまた、本発明による効果(すなわち、植物のアミノ酸含量を高める効果)を制御するために、本発明が適用された植物の栽培時期の温度条件を制御する工程をさらに包含してもよい。後述する実施例に示されるように、植物の生育に最適な温度範囲外の温度にて生育を行った場合であっても、アミノ酸含量亢進剤を施用しかつ温度条件を制御することによって植物におけるアミノ酸含量を向上させることができる。なお、温度条件の制御は、高温条件から低温条件への変更であっても低温条件から高温条件への変更であってもよく、播種(好ましくは発芽)の後に制御が開始され、制御の終了までに収穫が行われれば、開始時期および制御期間は特に限定されない。また、制御の開始は、植物へのアミノ酸含量亢進剤の施用を開始する前であっても後であってもよく、アミノ酸含量亢進剤の施用を開始した後に行われることが好ましい。
 本発明はさらに、アミノ酸含量が向上した植物を製造する方法(以下、「本発明の製造方法」という。)を提供する。本発明の製造方法は、上述した本発明の方法を用いることを特徴としており、本発明の組成物またはアミノ酸含量亢進剤を植物に施用する工程、およびアミノ酸含量亢進剤の存在下にて植物を栽培する工程を包含すればよい。また、本発明の製造方法は、アミノ酸含量亢進剤を施用した植物におけるアミノ酸含量を測定する工程をさらに包含することが好ましく、アミノ酸含量亢進剤を施用した植物の、目的とする収穫物におけるアミノ酸含量を測定する工程をさらに包含することもまた好ましい。
 また、本発明の製造方法によって製造された植物においてアミノ酸含量が向上したことを確認するために、本発明の製造方法は、アミノ酸含量亢進剤の非存在下にて栽培した植物と比較してアミノ酸含量が向上した植物を選択する工程をさらに包含することがより好ましい。上記構成を有することにより、目的の植物を首尾よく選抜することができる。
 また、本発明の製造方法によって製造された植物であるか否かを、代謝物質の生成量または遺伝子の発現量に基づいて調べることができる。すなわち、本発明の製造方法によって製造された植物を首尾よく選抜するために、後述するようなアミノ酸含量亢進剤の存在下にて栽培した植物に特徴的なプロファイルを有する植物を選択する工程を包含してもよく、ここで用いられるプロファイルは、代謝物質の生成量をプロファイリングした代謝物質生成量プロファイルであっても、遺伝子の発現量をプロファイリングした遺伝子発現量プロファイルであってもよい。この場合、予め取得された代謝物質生成量プロファイルまたは遺伝子発現量プロファイルとの比較に基づいて目的の植物が選択されればよいが、植物における代謝物質生成量プロファイルまたは遺伝子発現量プロファイルを取得する工程をさらに包含してもよい。
 代謝物質生成量プロファイルを取得する方法は特に限定されず、代謝物質の量を測定するための従来公知の手法を用いることができ、例えばメタボローム解析等による網羅的解析を行うことが好ましい。例えば、代謝物質生成量プロファイルは、例えば以下のように取得することができる。CE-TOFMSを用いて測定したサンプル間での各代謝物質の生成量の増減の傾向を数値化し、類似した結果を示したものをグループ分けする階層的クラスタリング(HCA:Hierarchical Cluster Analysis)を用いることによって、多数の代謝物質をその生成量のパターンに従って分類し、その分類結果を樹形図にて示すことができる(図4参照)。また、増減の程度をHaet Mapの様式にて示すことによって、代謝物質の分類をより視覚的に表すことも可能である。このようにして得られる樹形図およびHeat Mapは、施用される条件ごとに特有の傾向を含んでいるため、例えば、本発明の方法によって得られる植物体と対照区の植物体とを容易に区別することができる。
 本発明はさらに、アミノ酸含量が向上した植物(以下、「本発明の植物」という。)を提供する。本発明の植物は本発明の製造方法により得られた植物である。本発明の植物は、「本発明の適用対象となる植物」として先に列挙したものであれば特に限定されず、陸生植物であっても水生植物であってもよく、水生植物としては藻類であることが好ましい。
 前述したように、本発明の植物は、メタボローム解析等を用いて取得した代謝物質生成量プロファイルを比較することによって特定され得る。アミノ酸含量亢進剤を用いた場合、例えば、図4に示されるように、アミノ酸含量亢進剤(例えばGSSG)を施用して栽培した植物での代謝物質生成量プロファイル(本発明の代謝物質生成量プロファイルともいう。)は、他の方法によって栽培された植物にて取得した代謝物質生成量プロファイルと異なる。よって、調査対象の植物の代謝物質生成量プロファイルを取得し、それを予め取得した本発明の代謝物質生成量プロファイルと比較することにより、本発明の製造方法によって得られた植物であるか否かを簡便かつ明確に判定することができる。
 代謝物質生成量プロファイルを調べる方法以外にも、例えば、DNAマイクロアレイ等を用いて遺伝子発現量プロファイルを取得し、これを比較することによっても、本発明の製造方法によって得られた植物であるか否かを簡便かつ明確に判定することができる。アミノ酸含量亢進剤を用いた場合、例えば、アミノ酸含量亢進剤(例えばGSSG)を施用して栽培した植物の遺伝子発現量プロファイル(本発明の遺伝子発現量プロファイルともいう。)は、他の方法で栽培された植物にて取得した遺伝子発現量プロファイルと異なり得る。よって、調査対象の植物の遺伝子発現量プロファイルを取得し、それを予め取得した本発明の遺伝子発現量プロファイルと比較することにより、本発明の製造方法によって得られた植物であるか否かを簡便かつ明確に判定することができる。さらに他の例として、グルタチオン結合タンパク質の2次元電気泳動像から予め調べたパターン変化と比較することによって、GSSGを施用したか否かを判断することができる。また、植物内における目的遺伝子をPCR法、サザンハイブリダイゼーション法、ノーザンハイブリダイゼーション法等によって確認することで、本発明の植物が遺伝子導入(形質転換)によって得られた植物でないことを確認することができる。さらに別の方法としては、植物中のアミノ酸含量亢進剤の量および割合のうちの少なくとも一方を調べることにより、本発明の方法で得られた植物を本発明の方法以外の方法で得られた植物と明確に区別することができる。このような方法は単独で行ってもよいし、複数を組み合わせて行ってもよい。複数を組み合わせて行うことにより、本発明の植物と、本発明の方法以外の方法で得られた植物とをより明確に区別することができる。
 以下に実施例を示し、本発明の実施の形態についてさらに詳しく説明する。また、本明細書中に記載された文献の全てが、本明細書中において参考として援用される。
 〔1:シロイヌナズナにおける全遊離アミノ酸含量へのグルタチオンの影響〕
 シロイヌナズナを、100μE/mの強さの光で16時間明期/8時間暗期の日長条件下にて22℃で育成した。培地には、下層にバーミキュライト(旭工業)2、中層にクレハ育苗培土(クレハ)1、上層にバーミキュライト(旭工業)1の割合で重層して形成される土壌を用いて生育実験を行った。
 本実験では、植物に対して、水のみ(Cont)、1mMの酸化型グルタチオン(GSSG)溶液、2mMの還元型グルタチオン(GSH)溶液、又は3mMの硝酸アンモニウム(NHNO)を与えた。具体的には、65mm(W)×65mm(D)×50mm(H)程度のポットに3個体となるようにして、1週間に一回、ポットあたり25mLの溶液を根に与えた。
 アミノ酸含量の測定には、播種の4週間後の植物と播種の5週間後の植物を用いた。なお、検体として、葉(又は地上部)を用い、CE-TOFMS(キャピラリー電気泳動-飛行時間型質量分析計:Agilent CE-TOFMS system(Agilent technologies社))のカチオンモード、アニオンモードによる測定を実施した。検出されたピークに対しm/Zと泳動時間を元にデータベースに照合し、アミノ酸の検索・同定・定量を行った。
 CE-TOFMSに用いた検体は以下のように調製した。まず、葉試料と内部標準物質50μMを含んだ500μLのメタノール溶液を破砕用チューブに入れ、液体窒素により凍結し、卓上破砕機を用いて破砕した。これに500μLのクロロホルム及び200μLのMilli-Q水を加えて撹拌し、遠心分離(2300×g、4℃、5分間)を行った。遠心分離後、水相を限外ろ過チューブ(MILLIPORE、ウルトラフリーMC UFC3 LCC 遠心フィルターユニット 5kDa)400μL×1本に移し取った。これを遠心分離(9100×g、4℃、120分間)し、水相の限外ろ過処理を行った。ろ液を乾固させ、50μLのMilli-Q水に溶解し、測定に供した。
 CE-TOFMSを用いて定量したアミノ酸含量の結果を図1に示す。図1(a)に示されるように、播種の4週間後の植物における全遊離アミノ酸含量を比較したとき、水のみを与えた対照区(1)の全遊離アミノ酸含量に対し、GSSG処理区(2)又はGSH処理区(3)の全遊離アミノ酸含量はそれぞれ約2.8倍または約2.9倍となっており、著しい上昇がみられた。また、窒素源として硝酸アンモニウム処理区(4)においては、アミノ酸含量に上昇はみられなかった。
 播種の5週間後の植物では、全ての条件で、全遊離アミノ酸含量が播種の4週間後の植物のものと比べて低下していたが、図1(b)に示されるように、水のみを与えた対照区(1)の全遊離アミノ酸含量に対し、GSSG処理区(2)又はGSH処理区(3)の全遊離アミノ酸含量はそれぞれ約2.0倍又は約2.4倍となっており、著しい上昇がみられた。また、窒素源として硝酸アンモニウム処理区(4)においては、播種の4週間後の植物の場合と異なりアミノ酸含量がやや上昇していた(約1.37倍)が、グルタチオン処理区よりは明らかに少なかった。
 〔2:シロイヌナズナにおける各遊離アミノ酸含量へのグルタチオンの影響〕
 図2(a)は、上記と同様の条件のアミノ酸含量亢進剤の存在下で、播種後4週間生育し、CE-TOFMSにて定量したシロイヌナズナの各遊離アミノ酸の量を示したものである。各アミノ酸の絶対量は、アミノ酸ごとに大きく異なるが、図2に示したいずれのアミノ酸も対照区(Cont)に比べ、GSSG処理区及びGSH処理区で大きな増加がみられた。図2(b)に示されるように、いくつかのアミノ酸について、その含量に著しい増加(約1.5倍~約30倍)がみられた。具体的には、プロリン、チロシン、アスパラギン、グルタミン、グルタミン酸、メチオニン、ヒスチジン、アルギニンの含量において明らかな増加がみられ、特にアスパラギン、グルタミン、アルギニンにおいて顕著な増加がみられた。また、GABA,ヒドロキシプロリン,ホモセリン等のタンパク質を構成する主要なαアミノ酸以外のアミノ酸についても増加がみられた。なお、窒素肥料の添加(NHNO)では、アミノ酸含量の増加が殆どみられなかった。
 図3(a)は、上記と同様の条件のアミノ酸含量亢進剤の存在下で、播種後5週間生育し、CE-TOFMSにて定量したシロイヌナズナの各遊離アミノ酸の量を示したものである。各アミノ酸の絶対量は、アミノ酸ごとに大きく異なるが、図3に示したいずれのアミノ酸も対照区(Cont)に比べ、GSSG処理区及びGSH処理区で大きな増加がみられた。図3(b)に示されるように、いくつかのアミノ酸について、その含量に著しい増加(約1.5倍~約20倍)がみられた。具体的には、アラニン、セリン、プロリン、バリン、チロシン、イソロイシン、ロイシン、アスパラギン、リジン、グルタミン、ヒスチジン、アルギニンの含量において明らかな増加がみられ、特にプロリン、アスパラギン、グルタミン、アルギニンに顕著な増加がみられた。また、GABA,ヒドロキシプロリン,ホモセリン等のタンパク質を構成する主要なαアミノ酸以外のアミノ酸についても増加がみられた。なお、窒素肥料の添加(NHNO)では、対照区と比較してアミノ酸含量の増加が殆どみられなかった。
 〔3:シロイヌナズナの代謝物質生成量プロファイルへのグルタチオンの影響〕
 図4は、シロイヌナズナに酸化型グルタチオン(GSSG)と還元型グルタチオン(GSH)を処理したときの代謝物質生成量プロファイルを上記アミノ酸分析と同時に作成し、これを比較解析したものである。CE-TOFMSでは、アミノ酸以外にも多くの代謝物質を検出することが可能であるが、ここでは、CE-TOFMSで得られた132個の候補物質を定量した結果において、測定したサンプル間での各代謝物質量の増減の傾向を数値化し、類似した結果を示したものをグループ分けする階層的クラスタリング(HCA:Hierarchical Cluster Analysis)を用いて分類した。測定した代謝物質の生成量を、図4の樹形図に示すように分類した。さらに、増減の程度をHaet Mapの様式にて示すことによって代謝物質の分類をより視覚的に表した。階層的クラスタリングおよびHeat Mapの作成には、SampleStat ver3.13およびPeakStat ver.3.17(共に、ヒューマン・メタボローム・テクノロジーズ株式会社製)を用いた。図4から、GSH処理区にて特徴的に増加する代謝物質のクラスターやGSSG処理区にて特徴的に増加するクラスターを認めることができる。このように、グルタチオン施用区からは特徴的な代謝物質の生成プロファイルを得られることが示され、グルタチオンを処理しアミノ酸が向上した植物と、未処理の植物を区別することが可能であることが分かった。
 〔光条件によるグルタチオンのアミノ酸含量向上効果の制御〕
 実施例1と同様の栽培条件で生育させたシロイヌナズナにおいて、光(100μE/m/s)を照射する前(L0)の葉と、8時間の光照射後(L8)の葉におけるアミノ酸含量を比較した。アミノ酸含量の計測を実施例1と同様に行った。対照区(Cont)、1mM GSSG処理区、2mM GSH処理区、3mM硝酸アンモニウム(NHNO)処理区における、葉内の各アミノ酸含量を図5に示した。
 グルタチオンによる各遊離アミノ酸含量の向上の程度が、サンプリング時の光条件によって異なっていた。例えば、図5に示されるように、β-アラニン、グリシン、プロリン、スレオニン、セリン、グルタミン酸については、光照射8時間後(L8)の葉における含量が、光照射前(L0)の葉における含量よりも上昇していた。一方、ロイシン、バリン、ヒスチジン、アラニン、アスパラギン、アスパラギン酸、アルギニン、グルタミンについては、光照射前(L0:暗条件)にサンプリングした葉における含量が、光照射8時間後(L8)の葉における含量よりも向上していた。
 光照射によって含量が上昇するアミノ酸の例として、セリンの含量(nmol/gFW)を図6に示す。図6に示されているように、酸化型グルタチオンまたは還元型グルタチオンの処理を光照射と組み合わせることによって、葉におけるセリン含量が顕著に向上している。このような顕著な効果は、対照区および硝酸アンモニウム施肥区において観察されなかった。
 光照射によって含量が低下するアミノ酸の例として、アスパラギンの含量(nmol/gFW)を図7に示す。図7に示されているように、アスパラギンの含量は、酸化型グルタチオンまたは還元型グルタチオンを施用することによって大きく向上するが、その効果は光照射前の方が大きい。このような効果は、対照区および硝酸アンモニウム施肥区において観察されなかった。
 これらの結果から、グルタチオンの施用に加えて、収穫時期の光条件を制御することによって、アミノ酸の含量をさらに向上させることが可能であることがわかった。
 〔栽培温度条件によるグルタチオンのアミノ酸含量向上効果の制御〕
 〔1:ホウレンソウの栽培温度制御による各遊離アミノ酸含量への影響〕
 アカザ科の野菜であるホウレンソウの、グルタチオンを施用する場合の栽培条件を検討した。ホウレンソウは、播種後、発芽の揃ったものを選び、インキュベーター(明期:14時間/暗期:10時間、光強度:約250μE/m/s)の中で栽培し、28日後にサンプリングした。栽培温度として、低温条件LT(Low Temperature:明期20℃/暗期15℃)と高温条件HT(High Temperature:明期25℃/暗期20℃)の2種類を設定した。なお、ホウレンソウの生育適温範囲は、本試験における低温条件であるが、高温条件においても問題なく生育させることが可能である。
 培地には、下層にバーミキュライト(旭工業)2、中層にクレハ育苗培土(クレハ)1、上層にバーミキュライト(旭工業)1の割合で重層して形成される土壌を用いた。
 本実験では、植物に対して、水のみ(Cont)、1mM酸化型グルタチオン(GSSG)溶液、2mM還元型グルタチオン(GSH)溶液を与えた。具体的には、65mm(W)×65mm(D)×50mm(H)程度のポットあたり1個体となるようにして、1週間に一回、ポットあたり25mLの溶液を根に与えた。
 実施例1と同様に、検体として葉(又は地上部)を用い、CE-TOFMS(キャピラリー電気泳動-飛行時間型質量分析計:Agilent CE-TOFMS system(Agilent technologies社))のカチオンモード、アニオンモードによる測定を実施した。検出されたピークに対しm/Zと泳動時間を元にデータベースに照合し、アミノ酸の検索・同定・定量を行った。得られた結果を図8および図9に示す。
 図8および図9は、グルタチオン処理を行ったホウレンソウのアミノ酸含量を、対照区を1として示したものである。図8に示されるように、低温条件においては、グルタチオンによる効果は一部のアミノ酸にて観察されるにとどまり、その効果は小さかった。一方、図9に示されるように、高温条件においては、各種のアミノ酸含量が向上していた。ホウレンソウにおいては、酸化型グルタチオンを施用することによって、チロシン、グリシン、ホモセリン、フェニルアラニンのアミノ酸含量が5倍以上に向上していることが示された。また、ホウレンソウにおいては、酸化型グルタチオンを還元型グルタチオンよりも好ましく使用し得ることがわかった。
 〔2:コマツナの栽培温度制御による各遊離アミノ酸含量への影響〕
 アブラナ科の野菜であるコマツナの、グルタチオンを施用する場合の栽培条件を検討した。コマツナは、播種後、発芽の揃ったものを選び、インキュベーター(明期:14時間/暗期:10時間、光強度:約250μE/m/s)の中で栽培し、28日後にサンプリングした。栽培温度として、低温条件LT(Low Temperature:明期20℃/暗期15℃)と高温条件HT(High Temperature:明期25℃/暗期20℃)の2種類を設定した。なお、コマツナの生育適温範囲は、本試験における高温条件であるが、低温条件においても問題なく生育させることが可能である。
 培地には、下層にバーミキュライト(旭工業)2、中層にクレハ育苗培土(クレハ)1、上層にバーミキュライト(旭工業)1の割合で重層して形成される土壌を用いた。
 本実験では、植物に対して、水のみ(Cont)、1mM酸化型グルタチオン(GSSG)溶液、2mM還元型グルタチオン(GSH)溶液を与えた。具体的には、65mm(W)×65mm(D)×50mm(H)程度のポットあたり1個体となるようにして、1週間に一回、ポットあたり25mLの溶液を根に与えた。
 実施例1と同様に、検体として葉(又は地上部)を用い、CE-TOFMS(キャピラリー電気泳動-飛行時間型質量分析計:Agilent CE-TOFMS system(Agilent technologies社))のカチオンモード、アニオンモードによる測定を実施した。検出されたピークに対しm/Zと泳動時間を元にデータベースに照合し、アミノ酸の検索・同定・定量を行った。得られた結果を図10および図11に示す。
 図10および図11は、グルタチオン処理を行ったコマツナのアミノ酸含量を、対照区を1として示したものである。図10に示されるように、高温条件においては、グルタチオンによるアミノ酸含量向上の効果はβアラニン、アスパラギン、グルタミン等の一部のアミノ酸にとどまった。一方、図11に示されるように、低温条件においては、より多くのアミノ酸の含量が向上していた。コマツナにおいては、還元型グルタチオンを施用することによって、アスパラギン酸、トレオニン、GABA、イソロイシン、アスパラギン、グルタミン、アルギニンのアミノ酸含量が2倍以上に向上していることが示された。また、コマツナにおいては、還元型グルタチオンを酸化型グルタチオンよりも好ましく使用し得ることがわかった。
 以上の結果から、栽培温度の管理を行うことによって、グルタチオンによるアミノ酸含量向上効果をより効果的に発揮させることができることが明らかとなった。
 〔アミノ酸含量を向上させるためのグルタチオンの使用濃度の検討〕
 キク科の野菜であるキクナ(シュンギク)に種々の濃度のグルタチオンを施用する場合の、アミノ酸含量への影響を検証した。キクナは、播種後、発芽の揃ったものを選び、インキュベーター(明期:14時間20℃/暗期:10時間15℃、光強度:約250μE/m/s)の中で栽培し、28日後にサンプリングした。培地には、下層にバーミキュライト(旭工業)2、中層にクレハ育苗培土(クレハ)1、上層にバーミキュライト(旭工業)1の割合で重層して形成される土壌を用いた。
 本実験では、植物に対して、水のみ(Cont)、0.1mM、0.2mM、0.5mM、1mM、2mM、5mMの酸化型グルタチオン(GSSG)溶液を与えた。具体的には、65mm(W)×65mm(D)×50mm(H)程度のポットあたり1個体となるようにして、1週間に一回、ポットあたり25mLの溶液を根に与えた。
 実施例1と同様に、検体として葉(又は地上部)を用い、CE-TOFMS(キャピラリー電気泳動-飛行時間型質量分析計:Agilent CE-TOFMS system(Agilent technologies社))のカチオンモード、アニオンモードによる測定を実施した。検出されたピークに対しm/Zと泳動時間を元にデータベースに照合し、アミノ酸の検索・同定・定量を行った。得られた結果を図12aおよび図12bに示す。
 図12aに示されるように、キクナに対してGSSGを施用することにより、検出し得なかったシステインを除く、ほぼ全ての遊離アミノ酸の含量が変動していた。GSSGが0.1mMの際には、リジン、トリプトファン、グリシン、グルタミンを除くアミノ酸含量は低下しており、全遊離アミノ酸含量が低下していた。0.2mM~5mMの条件で使用した場合には、対照区の全遊離アミノ酸含量に対して、処理区の遊離アミノ酸含量が濃度依存的に上昇していた。低濃度のGSSGを用いた場合に効果の少ないアミノ酸についても、高濃度でGSSGを使用することによってその含量を向上させ得ることが示された。
 図12bは、対照区の遊離アミノ酸含量を1とした場合の、各濃度での処理区における遊離アミノ酸含量の比を示したものである。図12bに示されるように、5mMのGSSGを使用した場合には、全遊離アミノ酸含量は24.8倍となり、格別に顕著な効果を示した。また、グリシン、アスパラギン、ヒスチジン、ホモセリン、グルタミン、アルギニンについては、5mMのGSSGを使用した場合に含量が約100倍以上に上昇し、アルギニンについては最大となる1070倍という顕著な上昇を示した。
 以上の結果から、アミノ酸含量の向上を目的としてグルタチオンを使用する場合には、アミノ酸含量亢進剤を0.2mM~5mMの範囲内で使用することが好ましいことが示された。
 〔果実におけるアミノ酸含量向上効果の検証〕
 ナス科野菜であるミニトマト(品種:シャンデリア)に対するグルタチオンの効果を検証した。市販されている苗を購入し、これを実験に用いた。購入後、苗を1/2000a(アール)ポットに植え替え、6週間馴化栽培した。栽培土壌として、下層にバーミキュライト(旭工業)6L、中層にクレハ育苗培土(クレハ)3L、上層にバーミキュライト(旭工業)3Lを重層して形成される土壌を用いた。
 馴化栽培した後、その時点で着果しているトマト果実を全て除去した。1%の酸化型グルタチオン又は1%の還元型グルタチオンを含む粒剤状に加工した担体(以下、GSSG粒剤又はGSH粒剤という。)をそれぞれ20gずつ、各ポットの地表面に撒き、この日を実験0日目とした。また、どちらの粒剤も用いない対照区を用意した。実験開始から8日後、20日後、36日後、50日後に追肥を行った。追肥には、くみあいS604号(N16%)を一回あたり6kg/a(1個体あたり3g(N480mg))となるように用いた。実験開始から20日後、29日後、57日後に赤く成熟しているトマト果実を回収し、サンプルとした。
 実施例1と同様に、回収した果実を検体として用い、CE-TOFMS(キャピラリー電気泳動-飛行時間型質量分析計:Agilent CE-TOFMS system(Agilent technologies社))のカチオンモード、アニオンモードによる測定を実施した。検出されたピークに対しm/Zと泳動時間を元にデータベースに照合し、アミノ酸の検索・同定・定量を行った。得られた結果を図13に示す。
 図13は、対照区の果実の各アミノ酸含量に対する、GSSG粒剤又はGSH粒剤を施用した場合の果実におけるアミノ酸含量の比を示している。GSSG粒剤を用いた場合には、粒剤処理の20日後に回収した果実においてアミノ酸含量の増加が認められた。さらに、粒剤処理の29日後に回収した果実では、全てのアミノ酸の含量が向上しており、全遊離アミノ酸含量は2.2倍となっていた。一方、GSH粒剤を用いた場合でも、粒剤処理の20日後にはいくつかのアミノ酸の含量の増加が認められ、29日後には全てのアミノ酸含量が向上していた。GSH粒剤を処理した際の全遊離アミノ酸含量は、対照区の1.5倍であり、GSSG粒剤の方が好ましく使用し得ることがわかった。
 粒剤処理後57日後に回収した果実では、アミノ酸含量が対照区での含量に近づいており、0日目に施用した粒剤の効果が薄まっていることが示唆された。
 また、粒剤処理後20日目に追肥した窒素肥料の効果を検証したところ、対照区では全遊離アミノ酸含量が低下しているのに対して、GSSG粒剤を用いた場合には、アミノ酸含量が向上していた。
 以上の結果から、本発明の方法は、作物の葉だけでなく果実においても、アミノ酸含量を向上させることも可能であることが示された。また、本発明に用いられるグルタチオンは、剤形に依存せず、液肥の他に、グルタチオンを保持する粒剤等を用い得ることが示された。
 〔ニラにおけるアミノ酸含量向上効果の検証〕
 単子葉植物(ひがんばな科)であるニラにおけるアミノ酸含量向上効果を検証した。ニラ植物を、セルトレー(128穴)に、種子を3粒/穴の条件にて2011年6月8日に播種し、これらを生育させた後、ポット(1/5000a(アール))に、6本/株の条件にて2011年9月12日に移植した。土壌として、まさ土:パーライト:ピートモスを2:1:1にて混合したものを3L/ポットにて使用した。また、基肥には、固形30号(N-P-K:10-10-10)を4g/ポットにて使用した。ポット上で溶液土耕栽培を行い、追肥として、大塚養液土耕5号(N-P-K:12-20-20)をEC0.6~1.0dS/mに希釈したものを、一日に2~3回、潅水と同時に供した。
 グルタチオンを、GSSG粒剤を4.8g/ポットにて、2012年7月31日に施用した。粒剤の施用から4週間後に採取した可食部を、アミノ酸含量の測定に供した。可食部を検体として用いて、実施例1と同様に、CE-TOFMS(キャピラリー電気泳動-飛行時間型質量分析計:Agilent CE-TOFMS system(Agilent technologies社))のカチオンモード、アニオンモードによる測定を実施した。検出されたピークに対しm/Zと泳動時間を元にデータベースに照合し、アミノ酸の検索・同定・定量を行った。得られた結果を図14に示す。
 図14は、GSSG処理を行ったニラにおける、アルギニン含量およびリジン含量を示している。GSSG未処理区(control)と比較して、GSSG粒剤処理区(GSSG)では、アルギニン含量が1.8倍、リジン含量が1.6倍に向上していた。このことから、単子葉植物であるニラにおいても、グルタチオン処理によってアミノ酸含量を向上させることができることがわかった。
 このように、本発明は以下の態様であり得る: 
[1]アミノ酸含量亢進剤を含有している、植物のアミノ酸含量を高めるための組成物。
[2]上記アミノ酸含量亢進剤がグルタチオンまたはその誘導体である、1の組成物。
[3]上記アミノ酸含量亢進剤が酸化型グルタチオンもしくは還元型グルタチオンまたはこれらのエステル体である、1または2の組成物。
[4]液体、錠剤、散剤または顆粒剤の形態である、1~3の組成物。
[5]窒素源を含有していない、1~4の組成物。
[6]アミノ酸含量が向上した植物を製造するために用いられる、1~5の組成物。
[7]アミノ酸含量亢進剤、またはアミノ酸含量亢進剤を含有している組成物を備えている、植物のアミノ酸含量を高めるためのキット。
[8]植物のアミノ酸含量を高めるための使用手順を記載した指示書を備えている、7のキット。
[9]アミノ酸含量が向上した植物を製造するために用いられる、7または8のキット。
[10]アミノ酸含量亢進剤、またはアミノ酸含量亢進剤を含有している組成物を植物に施用する工程を包含する、植物のアミノ酸含量を高める方法。
[11]アミノ酸含量亢進剤の存在下にて植物を栽培する工程をさらに包含する、10の方法。
[12]0.1mM~5mMの濃度範囲のアミノ酸含量亢進剤を植物に接触させる、11の方法。
[13]植物1個体当たりに施用するアミノ酸含量亢進剤の総量が、12.5mg~300mgの範囲内である、11または12の方法。
[14]土壌1L当たりに施用するアミノ酸含量亢進剤の総量が、60mg~1450mgの範囲内である、11~13の方法。
[15]アミノ酸含量亢進剤を施用した植物におけるアミノ酸含量を測定する工程をさらに包含する、10~14の方法。
[16]アミノ酸含量亢進剤を施用した植物の、目的とする収穫物におけるアミノ酸含量を測定する工程をさらに包含する、10~15の方法。
[17]上記施用する工程が、連続的または間欠的に行われる、10~16の方法。
[18]植物の収穫時期の光条件を制御する工程をさらに包含する、10~17の方法。
[19]植物の栽培時期の温度条件を制御する工程をさらに包含する、10~18の方法。
[20]10~19の方法を用いる、アミノ酸含量が向上した植物を製造する方法。
[21]アミノ酸含量亢進剤の非存在下にて栽培した植物と比較してアミノ酸含量が向上した植物を選択する工程をさらに包含する、20の方法。
[22]アミノ酸含量亢進剤の非存在下にて栽培した植物と比較して、目的とする収穫物におけるアミノ酸含量が向上した植物を選択する工程をさらに包含する、20または21の方法。
[23]アミノ酸含量亢進剤の存在下にて栽培した植物に特徴的な代謝物質生成量プロファイルまたは遺伝子発現量プロファイルを有する植物を選択する工程をさらに包含する、20~22の方法。
[24]植物における代謝物質生成量プロファイルまたは遺伝子発現量プロファイルを取得する工程をさらに包含する、23の方法。
[25]適用対象の植物が陸生植物である、1~24の方法。
[26]適用対象の植物が水生植物である、1~24の方法。
[27]上記水生植物が藻類である、26の方法。
[28]20~27の方法によって製造された、植物。
[29]適用対象の植物が陸生植物である、28の植物。
[30]適用対象の植物が水生植物である、28の植物。
[31]上記水生植物が藻類である、30の方法または植物。
 なお、上記1~31において用いられるアミノ酸含量亢進剤によって植物中の含量が向上されるアミノ酸は植物種によって異なり、特に限定されないが、GABA,グルタミン酸、βアラニン、アスパラギン酸、アラニン、リジン、スレオニン、ヒドロキシプロリン、ロイシン、セリン、トリプトファン、バリン、チロシン、フェニルアラニン、プロリン、イソロイシン、グリシン、アスパラギン、ヒスチジン、ホモセリン、グルタミンおよびアルギニンからなる群より選択されるアミノ酸の少なくとも1つであることが好ましく、プロリン、イソロイシン、グリシン、アスパラギン、ヒスチジン、ホモセリン、グルタミンおよびアルギニンからなる群より選択されるアミノ酸の少なくとも1つであることがより好ましく、アルギニンであることが特に好ましい。
 本発明は上述した各実施形態に限定されるものではなく、請求項に示した範囲で種々の変更が可能であり、異なる実施形態にそれぞれ開示された技術的手段を適宜組み合わせて得られる実施形態についても本発明の技術的範囲に含まれる。
 本発明の組成物によれば、アミノ酸含量が向上した植物を容易に製造することができるので、本発明は、農業、食品産業等の産業に利用可能性がある。適用範囲は、植物・農産物全般に渡り、極めて広いと思われる。昨今の健康志向を考慮すれば、アミノ酸含量が向上した植物の市場性は高い。

Claims (15)

  1.  アミノ酸含量亢進剤を含有している、植物のアミノ酸含量を高めるための組成物。
  2.  前記アミノ酸含量亢進剤がグルタチオンまたはその誘導体である、請求項1に記載の組成物。
  3.  窒素源を含有していない、請求項1または2に記載の組成物。
  4.  含量が高められるアミノ酸が、GABA,グルタミン酸、βアラニン、アスパラギン酸、アラニン、リジン、スレオニン、ヒドロキシプロリン、ロイシン、セリン、トリプトファン、バリン、チロシン、フェニルアラニン、プロリン、イソロイシン、グリシン、アスパラギン、ヒスチジン、ホモセリン、グルタミンおよびアルギニンからなる群より選択されるアミノ酸の少なくとも1つである、請求項1~3のいずれか一項に記載の組成物。
  5.  アミノ酸含量亢進剤、またはアミノ酸含量亢進剤を含有している組成物を備えている、植物のアミノ酸含量を高めるためのキット。
  6.  請求項1~4のいずれか一項に記載の組成物または請求項5に記載のキットの、アミノ酸含量が向上した植物を製造するための、使用。
  7.  アミノ酸含量亢進剤、またはアミノ酸含量亢進剤を含有している組成物を植物に施用する工程を包含する、植物のアミノ酸含量を高める方法。
  8.  アミノ酸含量亢進剤の存在下にて植物を栽培する工程をさらに包含する、請求項7に記載の方法。
  9.  アミノ酸含量亢進剤を施用した植物におけるアミノ酸含量を測定する工程をさらに包含する、請求項7または8に記載の方法。
  10.  植物の収穫時期の光条件を制御する工程をさらに包含する、請求項7~9のいずれか一項に記載の方法。
  11.  植物の栽培時期の温度条件を制御する工程をさらに包含する、請求項7~10のいずれか一項に記載の方法。
  12.  請求項7~11のいずれか一項に記載の方法を用いる、アミノ酸含量が向上した植物を製造する方法。
  13.  アミノ酸含量亢進剤の非存在下にて栽培した植物と比較してアミノ酸含量が向上した植物を選択する工程をさらに包含する、請求項12に記載の方法。
  14.  アミノ酸含量亢進剤の存在下にて栽培した植物に特徴的な代謝物質生成量プロファイルまたは遺伝子発現量プロファイルを有する植物を選択する工程をさらに包含する、請求項12または13に記載の方法。
  15.  請求項12~14のいずれか一項に記載の方法によって製造された、植物。
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