Elucidation of the mechanism of interspecific barrier during endosperm development in rice

• Project/Area Number: 16J02580
• Research Category: Grant-in-Aid for JSPS Fellows
• Allocation Type: Single-year Grants
• Section: 国内
• Research Field: Science in genetics and breeding
• Research Institution: Yokohama City University
• Principal Investigator: 殿﨑 薫 横浜市立大学, 木原生物学研究所, 特別研究員(PD)
• Project Period (FY): 2016-04-22 – 2019-03-31
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2018)
• Budget Amount: ¥4,420,000 (Direct Cost: ¥3,400,000、Indirect Cost: ¥1,020,000); Fiscal Year 2018: ¥1,430,000 (Direct Cost: ¥1,100,000、Indirect Cost: ¥330,000); Fiscal Year 2017: ¥1,430,000 (Direct Cost: ¥1,100,000、Indirect Cost: ¥330,000); Fiscal Year 2016: ¥1,560,000 (Direct Cost: ¥1,200,000、Indirect Cost: ¥360,000)
• Keywords: 生殖的隔離 / 胚乳 / ゲノムインプリンティング / イネ / 野生イネ / 種間交雑

Outline of Annual Research Achievements

栽培イネ（Oryza sativa）と野生イネ（O. longistaminata）の種間交雑を行った場合に、胚乳発生で見られる生殖的隔離の分子機構を明らかにすることを目的としている。これまでの研究から、倍数性を操作して種間交雑を行うことで、雑種胚乳が正常に発生し、生殖的隔離を打破できることを明らかにしている。そこで、隔離のある組合せと、打破される組合せから得られた雑種胚乳におけるトランスクリプトームの比較、特に胚乳に特徴的なインプリント遺伝子に着目した解析を行い、胚乳における生殖的隔離の分子機構の推定を行った。
隔離のある組合せでは、本来は片方の対立遺伝子からのみ発現するインプリント遺伝子が、両方の対立遺伝子から発現していた。一方、打破される組合せでは、片方の対立遺伝子からのみ発現するインプリント遺伝子が多く見られた。更に、通常の遺伝子であっても、隔離のある組合せでは、片方の対立遺伝子からのみ発現していたのに対し、打破される組合せでは、両方の対立遺伝子から発現していた。インプリント遺伝子は、エピジェネティックに制御される遺伝子であることから、生殖的隔離のある組合せでは、両親の対立遺伝子特異的なエピジェネティックな制御機構の乱れが引き起こされていると想定される。
加えて、栽培イネと野生イネ、それぞれの種においてインプリント遺伝子を網羅的に同定し、比較したところ、２つの種は近縁な種であるにも関わらず、インプリント遺伝子の保存性は極めて低いことを明らかにした。これらの結果から、エピゲノムの進化速度は、ゲノムよりも早いことが示唆された。２つの種間では、エピジェネティックな制御機構（エピゲノム）に大きな差異が存在することが示唆され、そのエピゲノムの種間差によってインプリント遺伝子を含む遺伝子の制御が乱れ、胚乳発生の生殖的隔離を引き起こす原因になっている可能性が想定される。

Research Progress Status

平成30年度が最終年度であるため、記入しない。

Strategy for Future Research Activity

平成30年度が最終年度であるため、記入しない。

Research Products

• [Journal Article] Endosperm Development (2018)
  • Author(s): Kaoru Tonosaki and Tetsu Kinoshita
  • Journal Title: eLS Volume: - Pages: 1-7
  • DOI: 10.1002/9780470015902.a0020098.pub2
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Overcoming the species barrier by ploidy manipulation in the genus Oryza (2018)
  • Author(s): Tonosaki Kaoru、Sekine Daisuke、Ohnishi Takayuki、Ono Akemi、Furuumi Hiroyasu、Kurata Nori、Kinoshita Tetsu
  • Journal Title: The Plant Journal Volume: 93 Issue: 3 Pages: 534-544
  • DOI: 10.1111/tpj.13803
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] 特集記事 ワークショップ報告「受精後雑種障壁研究の育種利用に向けて」 (2017)
  • Author(s): 石井孝佳・岡本龍史・殿崎 薫・長岐清孝・木下 哲
  • Journal Title: 育種学研究 Volume: 19 Pages: 35-40
  • Open Access
• [Journal Article] The importance of reproductive barriers and the effect of allopolyploidization on crop breeding (2016)
  • Author(s): Tonosaki, K., Osabe, K., Kawanabe, T., and Fujimoto, R.
  • Journal Title: Breeding Science Volume: 66 Issue: 3 Pages: 333-349
  • DOI: 10.1270/jsbbs.15114
  • NAID: 130005160897
  • ISSN: 1344-7610, 1347-3735
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Presentation] 受精後雑種障壁研究の育種利用に向けて；種・倍数間交雑で見られる胚乳崩壊のルール (2016)
  • Author(s): 殿崎薫・木下哲
  • Organizer: 日本育種学会第１２７回講演会
  • Place of Presentation: 鳥取大学（鳥取県・鳥取市）
  • Year and Date: 2016-09-24
• [Presentation] 倍数性操作によるイネ胚乳の生殖的隔離の打破 (2016)
  • Author(s): 殿崎薫
  • Organizer: イネ遺伝学・分子遺伝学ワークショップ２０１６
  • Place of Presentation: 名古屋大学（愛知県・名古屋市）
  • Year and Date: 2016-07-04
• [Remarks] Research Gate
  • URL: https://www.researchgate.net/profile/Kaoru_Tonosaki