In many traditional rice eating countries, economic enhancement and the attainment of self-sufficiency in rice production have led to major changes in the rice consumption pattern. Most prominent among these changes is an increasing demand for higher quality rice. Thus research on rice grain quality has become a major component of many national and international rice breeding programs. The main focus of such programs has been to enhance the palatability of cooked rice through the selection of traits that are directly and indirectly related to palatability. Another focus is on the selection of grain types optimally suitable to traditional and new rice-based products.

With regards to palatability, the emerging concept is that sensory-active soluble compounds contribute positively to the organoleptic acceptability of cooked rice. These soluble components include sugars and free amino acids which together confer the combination of sweet and umami tastes in the cooked rice. Another emerging concept is that of germinated brown rice which has the potential of augmenting the health benefits derivable from rice. For instance, after a specified period under germination treatment rice grains accumulate free amino acids including γ-amino butyric acid (GABA), which has been shown to have enormous health benefits in humans. Products such as bread made with substituted germinated brown rice flour have increased consumer acceptability. In relation to grain appearance traits, the presence of a white core (shinpaku ) in rice grains has long been associated with the production of the traditional beverage of Japan known as sake (or rice wine). This appearance trait appears to be an essential indicator of the grains' suitability for optimum digestion and production of good quality sake.

The studies reported in this thesis reflect two central themes in rice grain quality research. The first two chapters are related to variability in the soluble components among rice grain cultivars while the third paper focused on the identification and partial characterization of proteins specific to white-core bearing rice grains used in sake brewing. In the first chapter the free amino acid (FAA) accumulation capacities of various rice cultivars were compared from samples of polished rice　(PR), brown rice (BR) and germinated brown rice (GBR). The results show a wide diversity among cultivars in the concentrations of total and certain individual FAAs. There were also significant differences between Indica- and Japonica-type cultivars in the accumulation patterns of some FAAs. In particular, the ratio of total apartate-derived to total glutamate-derived FAAs (A:G ratio) proved to be a useful measure for distinguishing between typical Japonica- and Indica -type rices and appeared to be consistent in both brown and polished grain forms. The A:G ratio for Japonica -type cultivars (0.68, n=30) was found to be significantly lower than that for Indica -type cultivars (1.02, n=15), suggesting that typically the former tends to accumulate more of the Glu-derived than Asp-derived FAAs. After germination treatment the A:G ratio declined in all cultivars, but at a higher rate ( ～2 times) in the indica group. From these observations it is possible that the FAA accumulation patterns, as observed in grains used in this study, may be different between Japonica - and Indica -type rice grains especially with respect to the concentrations of Asp-derived and Glu-derived amino acids.

In the second chapter an analysis of the concentration of soluble sugars is presented. This study was also conducted to evaluate variability in endosperm sugar concentration among rice cultivars. The results show that soluble sugar concentrations are generally low, with significant variation a mong cultivars in both sucrose and total soluble sugars. Sucrose was the most abundant soluble sugar contributing almost 90% to the total soluble sugar pool of the endosperm. There was no significant variation between Indica and Japonica rice types. It was observed that one of the cultivars, Gaiyan Dhan Tosar (GDT) appeared to have an unusual sugar accumulation pattern.

In the third chapter a proteomics approach was adopted to determine differences between white-core bearing sake -brewing rice grains and normal translucent rice grains in their respective endosperm protein expression patterns. Sake -brewing rice grains are distinguished by the presence of a white core in the centre of the grain, unlike normal rice grains. Differentially expressed proteins were identified and the most prominent two, chloroplast stromal heat shock protein (ctHSP70) and globulin like protein (GLP) were partially characterized as potential biochemical markers related to the white-core character.

（和訳）

　米を主食とする国にとって、経済的発展に伴い、豊かな生活を求める要求は、米消費パターンに大きな変化をもたらしている。 特に高品質の米の要求が増してきている。 米の品質に関する研究が、イネの育種にとって世界的に重要になってきている。 そこで、良食味と関係する形質の改良により、食味を向上させる研究が行われるようになってきた。 良食味米に関して、炊飯米の可溶性成分が重要であることが知られるようになってきた。 このような成分として、可溶性糖や遊離アミノ酸があり、これらが相互に作用して旨味や甘味をもたらしている。 また、白米とは別に、発芽玄米が健康に寄与する成分を含有するとして注目を集めている。 発芽処理によりGABAを含む遊離アミノ酸が蓄積するが、人の健康に寄与するものとして認められている。 発芽玄米を使用したパンなども消費者に受け入れられるようになってきた。 また、米の外観に関連して、穀粒中に心白のあることは伝統的な酒の醸造に重要であることが知られている。 高品質の酒を造る上で、心白の発現は必要不可欠な指標となっている。

　そこで本研究では、イネ穀粒形質について、２つの中心課題を設定した。 第１章および第２章では、糖および遊離アミノ酸など可溶性成分の多様性について取り上げ、 第３章では、特に酒米品種における心白に関係した特異的タンパク質の解析を行った。 第１章において、多数の品種を用いて精白米、玄米および発芽玄米における遊離アミノ酸含量の差異を比較した。 全遊離アミノ酸および個々のアミノ酸に着目したとき顕著な品種間差異が認められた。 また、ある特定の遊離アミノ酸の蓄積に着目したとき、インディカ型およびジャポニカ型で、有意な差異が認められた。 すなわち、アスパラギン酸由来の全遊離アミノ酸とグルタミン酸由来の全遊離アミノ酸の比（A:G比）が インディカ型およびジャポニカ型の米を分ける有用な指標となることがわかった。 これは精白米でも玄米でも同様であった。 品種の平均で、ジャポニカ型米のA:G比は低かったが（0.68）、インディカ型品種のA:G比は高かった(1.02)。 これはジャポニカ型米ではアスパラギン酸由来のアミノ酸よりより グルタミン酸由来のアミノ酸を多く蓄積する傾向にあるということを示している。 発芽処理により、ほとんどの品種でA:G比は低下したが、インディカ型品種では高いままであった。 このように遊離アミノ酸の蓄積、特にA:G比からジャポニカ型およびインディカ型を特徴づけられることが示唆された。

　第２章では精白米中の可溶性糖について調べ、精白米中の糖含量の品種間差異について明らかにした。 精白米中の可溶性糖類は全体的に少なかったが、可溶性スクロースおよび全糖の品種間差異が大であった。 可溶性スクロースは全糖の90％を占めていたが、インディカ型とジャポニカ型の間では顕著な違いは見られなかった。 インディカ型の品種、Gaiya Dhan Tosar (GDT)は全糖が顕著に多くという特徴があった。

　第３章において、酒米の心白の形質に関して、心白のない透明な粳の品種との間での胚乳タンパク質パターンの違いを 二次元電気泳動により明らかにし、その発現に違いのあるタンパク質のプロテオーム解析を行った。 酒米では用いた３品種で、胚乳の中心部に心白が認められ、違いのあるタンパク質のアミノ酸配列分析の結果から、 酒米の心白で顕著に発現している２種のタンパク質を同定した。 一つは、chloroplast stromal heat shock protein (ctHSP 70)であり、もう一つは、globulin like protein (GLP) であった。 この２種のタンパク質はデンプン合成の過程で心白形成に関係するタンパク質マーカーとして特徴付けられる。