麦類に特徴的な、離層形成に依存しない種子の脱落機構の解明

• Project/Area Number: 18H02184
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
• Allocation Type: Single-year Grants
• Section: 一般
• Review Section: Basic Section 39010:Science in plant genetics and breeding-related
• Research Institution: National Agriculture and Food Research Organization
• Principal Investigator: 小松田 隆夫 国立研究開発法人農業・食品産業技術総合研究機構, 次世代作物開発研究センター, 主席研究員 (60370657)
• Project Period (FY): 2018-04-01 – 2022-03-31
• Project Status: Declined (Fiscal Year 2021)
• Budget Amount: ¥17,160,000 (Direct Cost: ¥13,200,000、Indirect Cost: ¥3,960,000); Fiscal Year 2021: ¥3,510,000 (Direct Cost: ¥2,700,000、Indirect Cost: ¥810,000); Fiscal Year 2020: ¥4,160,000 (Direct Cost: ¥3,200,000、Indirect Cost: ¥960,000); Fiscal Year 2019: ¥4,420,000 (Direct Cost: ¥3,400,000、Indirect Cost: ¥1,020,000); Fiscal Year 2018: ¥5,070,000 (Direct Cost: ¥3,900,000、Indirect Cost: ¥1,170,000)
• Keywords: 進化 / 栽培起源 / 植物遺伝 / 植物育種 / 細胞壁 / 小穂脱落性 / 穀物

Outline of Annual Research Achievements

栽培化された穀物は、祖先野生種と異なり成熟後も種子が自然には落ちない特徴をもち、これは収穫する上での利点でもある。しかし本来、成熟した種子の脱落は植物が拡散し生息域を広げるために重要な形質である。そこで本研究では遺伝研究に優れるオオムギをモデルに用いて、すでに細胞壁を薄くすることで種子脱落に関与することが分かっている二つの遺伝子Btr1とBtr2に着目し、その機能を解明する。
コムギ連において小穂脱落性遺伝子Btr1とBtr2とそれらのホモログ遺伝子が存在するのに対し、コムギ連の系統進化的姉妹群にはBtr1とBtr2が存在せずホモログ遺伝子が存在することが、最新のゲノムアッセンブル情報から明らかになった。このことからBtr1とBtr2はコムギ連においてのみ特異的に、祖先型遺伝子からの重複で生じたことが明らかになった。
Aegilops longissimaにおいては穂の中央部1-2箇所の節でのみ離層ができるため、成熟して穂の上下二つの断片、あるいは二つの穂の断片と中央に一個の単独の種子が生ずる。この理由が、小穂非脱落遺伝子Btr1が下位の数節でのみ発現し、Btr2が穂の中位の数節でだけ発現することにより、両遺伝子発現が重なる中央部の1-2節のみでBtr1とBtr2が相補し、離層での離脱が生じることを発見した。
広く麦類では穂軸節の上に離層が形成されクサビ型の種子ができるが、Aegilops tauschii においては例外的に穂軸節の下に離層が形成され樽型の種子になる。この理由が小穂非脱落遺伝子Btr2がAe. tauschii では二つに重複しており、そのうちの一コピーが穂軸節の下で異所的に発現するためであることを発見した。
本研究によりこれまで全く分かっていなかったイネ科植物の進化メカニズムの一端が解明され、麦類が繁栄し栽培化されてきた過程の一端が解明された。

Research Progress Status

翌年度、交付申請を辞退するため、記入しない。

Strategy for Future Research Activity

翌年度、交付申請を辞退するため、記入しない。

Research Products

• [Int'l Joint Research] IPK(ドイツ)
• [Int'l Joint Research] Tel Aviv University, Tel Aviv(イスラエル)
• [Int'l Joint Research] Cukurova University(トルコ)
• [Int'l Joint Research] The University of Melbourne(オーストラリア)
• [Int'l Joint Research] University of California(米国)
• [Journal Article] The Brittle Rachis Trait in Species Belonging to the Triticeae and Its Controlling Genes Btr1 and Btr2 (2020)
  • Author(s): Zeng Xiaoxue、Mishina Kohei、Jia Juqing、Distelfeld Assaf、Maughan Peter Jeff、Kikuchi Shinji、Sassa Hidenori、Komatsuda Takao
  • Journal Title: Frontiers in Plant Science Volume: 11 Pages: 1-12
  • DOI: 10.3389/fpls.2020.01000
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] The unique disarticulation layer formed in the rachis of Aegilops longissima probably results from the spatial co-expression of Btr1 and Btr2 (2020)
  • Author(s): Zeng Xiaoxue、Chen Gang、Wang Lei、Tagiri Akemi、Kikuchi Shinji、Sassa Hidenori、Komatsuda Takao
  • Journal Title: Annals of Botany Volume: 127 Issue: 3 Pages: 297-304
  • DOI: 10.1093/aob/mcaa147
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] The Ectopic Expression of Btr2 in Aegilops tauschii Switches the Disarticulation Layer From Above to Below the Rachis Node (2020)
  • Author(s): Zeng Xiaoxue、Tagiri Akemi、Kikuchi Shinji、Sassa Hidenori、Komatsuda Takao
  • Journal Title: Frontiers in Plant Science Volume: 11 Pages: 1-7
  • DOI: 10.3389/fpls.2020.582622
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Elucidation of the origin of ‘agriocrithon’ based on domestication genes questions the hypothesis that Tibet is one of the centers of barley domestication (2018)
  • Author(s): Pourkheirandish Mohammad、Kanamori Hiroyuki、Wu Jianzhong、Sakuma Shun、Blattner Frank R.、Komatsuda Takao
  • Journal Title: The Plant Journal Volume: 94 Issue: 3 Pages: 525-534
  • DOI: 10.1111/tpj.13876
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Presentation] Genomic evolution of disarticulation for seed dispersal in cereals (2018)
  • Author(s): Takao Komatsuda
  • Organizer: Plant Genomics in China XIX
  • Int'l Joint Research / Invited
• [Presentation] 「標準」になったオオムギ標準品種コレクション (2018)
  • Author(s): 小松田 隆夫
  • Organizer: 育種学研究
  • Invited