オオムギ条性決定遺伝子の特異的機能の解明

• Project/Area Number: 10J02671
• Research Category: Grant-in-Aid for JSPS Fellows
• Allocation Type: Single-year Grants
• Section: 国内
• Research Field: Breeding science
• Research Institution: Chiba University
• Principal Investigator: 佐久間 俊 千葉大学, 大学院・園芸学研究科, 特別研究員(DC1)
• Project Period (FY): 2010 – 2012
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2012)
• Budget Amount: ¥2,100,000 (Direct Cost: ¥2,100,000); Fiscal Year 2012: ¥700,000 (Direct Cost: ¥700,000); Fiscal Year 2011: ¥700,000 (Direct Cost: ¥700,000); Fiscal Year 2010: ¥700,000 (Direct Cost: ¥700,000)
• Keywords: barley / Vrs1 / HvHox2 / gene duplication / six-rowed spike / two-rowed spike / transcription factor / Hordeum / grasses / 6-rowed spike / 2-rowed spike

Research Abstract

オオムギは穂の形態から二条性と六条性に大別される.二条穂は主列小穂のみ穀粒をつける.一方,六条穂は側列小穂も稔実するため二条穂に比べて3倍量の穀粒をつける.条性はHD-Zip I型転写因子をコードするVrs1遺伝子に制御されることが知られている.しかし,VRS1タンパク質の分子機能や発現パターンは十分に解明されていない.また,近縁種のコムギ,イネ,トウモロコシなどにおけるVrs1相同遺伝子の存在や機能はほとんど知られていない,そこで,本研究ではオオムギでの詳細な発現解析とタンパク質機能解析,そしてイネ科での比較ゲノミクス解析を行なった.オオムギにはVrs1のパラログとしてHvHox2が存在し,HvHox2オーソログがイネ科で高度に保存されていることがわかった.HvHox2は幼穂,葉,根など全身で発現しているのに対してVrs1は幼穂だけで発現していた.Vrs1は遺伝子重複によって生じ,機能分化したということが示唆された.機能解析を進めた結果,HvHOX2とVRS1タンパク質はC末端領域に保存された転写活性化ドメインを持つことがわかった.HvHox2は他のHD-Zip遺伝子と同様,維管束に局在していた.一方,Vrs1は側列小花で特異的に発現し,特に雌蕊に局在していた.Vrs1遺伝子とは別座の六条変異体(vrsw, vrs3, vrs4, int-c)の発現解析によって,Vrs1の転写がVrs4によって促進されていることが明らかになった,以上の結果からVrs1遺伝子は遺伝子重複後に新しい発現パターンを獲得することによって機能分化し,側列小花の発達を抑制していることが明らかになった.

Current Status of Research Progress

1: Research has progressed more than it was originally planned.

Reason

データをまとめ原著論文として国際誌に公表した。
国内学会で口頭発表を行ない、優秀発表賞を受賞した。

Strategy for Future Research Activity

Vrs1遺伝子が制御する下流遺伝子の同定に向けてマイクロアレイ解析、ChIP-seq解析などを行なう。

Research Products

• [Journal Article] Divergence of expression pattern contributed to neofunctionalization of duplicated HD-Zip l transcription factor in barley (2013)
  • Author(s): Shun Sakuma, Mohammad Pourkheirandish, Goetz Hensel, Jochen Kumlehn, Nils Stein, Akemi Tagiri, Naoki Yamaji, Jian Feng Ma, Hidenori Sassa, Takato Koba, Takao Komatsuda
  • Journal Title: New Phytologist Volume: 197 Issue: 3 Pages: 939-948
  • DOI: 10.1111/nph.12068
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] An eceriferum locus, cer-zv, is associated with a defect in cutin responsible for water retention in barley (Hordeum vulgare) leaves. (2013)
  • Author(s): Chao Li, Aidong Wang, Xiaoying Ma, Mohammad Pourkheira ndish, Shun Sakuma Ning Wang, Shunzong Ning, Eviatar Nevo, Christiane Nawrath, Takao Komatsuda, Guoxiong Chen
  • Journal Title: Theoretical and Applied Genetics Volume: 126 Issue: 3 Pages: 637-646
  • DOI: 10.1007/s00122-012-2007-3
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Structure, transcription and post-transcriptional regulation of the bread wheat orthologs of the barley cleistogamy gene Clyl (2013)
  • Author(s): Shunzong Ning, Ning Wang, Shun Sakuma, Mohammad Pourkheirandish, Jianzhong Wu, Takashi Matsumoto, Takato Koba, Takao Komatsuda
  • Journal Title: Theoretical and Applied Genetics Volume: 126 Issue: 5 Pages: 1273-1283
  • DOI: 10.1007/s00122-013-2052-6
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Population-genetic analysis of HvABCG31 promoter sequence in wild barley (Hordeum vulgare ssp. Spontaneum) (2012)
  • Author(s): Xiaoying Ma, Hanan Sela, Genlin Jiao, Chao Li, Aidong Wang, Mohammad Pourkheirandish, Dmitry Weiner, Shun Sakuma, Tamar Kingman, Eviatar Nevo, Takao Komatsuda, Abraham Korol, Guoxiong Chen
  • Journal Title: BMC Evolutionary Biology Volume: 12 Issue: 1
  • DOI: 10.1186/1471-2148-12-188
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] An ATP-binding cassette subfamily G full transporter is essential for the retention of leaf water in both wild barley and rice (2011)
  • Author(s): Chen, G., Komatsuda, T., Ma, J.F., Nawrath, C., Pourkheirandish, M., Tagiri, A., Hu, Y.G., Sameri, M., Li, X., Zhao, X., Liu, Y., Li, C., Ma, X., Wang, A., Nair, S., Wang, N., Miyao, A., Sakuma, S., Yamaji, N., Zheng, X., Nevo, E.
  • Journal Title: Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America Volume: 108 Issue: 30 Pages: 12354-12359
  • DOI: 10.1073/pnas.1108444108
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] The Domestication Syndrome Genes Responsible For The Major Changes In Plant Form In The Triticeae Crops (2011)
  • Author(s): Sakuma S., Salmon B., Komatsuda T.
  • Journal Title: Plant and Cell Physiology Volume: 52 Pages: 738-749
  • Peer Reviewed
• [Presentation] HD-ZIP I型転写因子の機能分化によるオオムギ側列小花の発達抑制 (2012)
  • Author(s): 佐久間 俊
  • Organizer: 日本育種学会
  • Place of Presentation: 京都産業大学
  • Year and Date: 2012-09-14
• [Presentation] 重複遺伝子の空間的、量的な発現機能分化によるオオムギ条性遺伝子の成立 (2011)
  • Author(s): 佐久間俊、小松田隆夫
  • Organizer: 第6回ムギ類研究会
  • Place of Presentation: 横浜市立大学
  • Year and Date: 2011-11-25
• [Presentation] The role of gene duplication in the domestication of barley (2011)
  • Author(s): Takao Komatsuda, Shun Sakuma, Shunzong Nine, Ning Wang, Mohammad Pourkheirandish, Takashi Matsumoto
  • Organizer: 21^<st> CIMMYT
  • Place of Presentation: CIMMYT, Mexico
  • Year and Date: 2011-09-05
• [Presentation] 遺伝子重複によるオオムギ六条性遺伝子の進化 (2011)
  • Author(s): 佐久間俊
  • Organizer: 日本育種学会
  • Place of Presentation: 横浜市立大学
  • Year and Date: 2011-03-29
• [Remarks]
  • URL: http://www.h.chiba-u.jp/iden/
• [Remarks]
  • URL: http://www.h.chiba-u.jp/iden/