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Study on the cytoplasmic male sterility expression using incomplete dominance alleles of restorer of fertility gene

Research Project

Project/Area Number 18K05564
Research Category

Grant-in-Aid for Scientific Research (C)

Allocation TypeMulti-year Fund
Section一般
Review Section Basic Section 39010:Science in plant genetics and breeding-related
Research InstitutionHokkaido University

Principal Investigator

Kubo Tomohiko  北海道大学, 農学研究院, 教授 (40261333)

Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) 本間 雄二朗  北見工業大学, 工学部, 助教 (30800495)
北崎 一義  北海道大学, 農学研究院, 助教 (60532463)
田口 和憲  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, 上級研究員 (80414754)
松平 洋明  国立研究開発法人農業・食品産業技術総合研究機構, 北海道農業研究センター, 主任研究員 (90549247)
Project Period (FY) 2018-04-01 – 2021-03-31
Project Status Completed (Fiscal Year 2020)
Budget Amount *help
¥4,550,000 (Direct Cost: ¥3,500,000、Indirect Cost: ¥1,050,000)
Fiscal Year 2020: ¥910,000 (Direct Cost: ¥700,000、Indirect Cost: ¥210,000)
Fiscal Year 2019: ¥1,820,000 (Direct Cost: ¥1,400,000、Indirect Cost: ¥420,000)
Fiscal Year 2018: ¥1,820,000 (Direct Cost: ¥1,400,000、Indirect Cost: ¥420,000)
Keywordsテンサイ / 細胞質雄性不稔 / 稔性回復遺伝子 / ミトコンドリア / 細胞質雄性不稔性 / 葯 / 生殖制御 / 花粉発達
Outline of Final Research Achievements

Cytoplasmic male sterility (CMS) is encoded by mitochondrial genome. Its expression is controlled by nuclear restorer-of-fertility gene (Rf). Analyses of plant genome sequences suggested multiple allelism of Rf locus. This possibility was investigated in sugar beet, and alleles with various strength were found. Plants with CMS mitochondria and Rf alleles with different strength were compared. Anther morphology differed in accordance with the level of MS expression. Mitochondria exhibited morphological abnormality. Difference in gene expression profile was also detected.

Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements

従来のCMS研究では、Rfの優性と劣性の2つの対立遺伝子しか利用されていなかった。一方で、ゲノムDNA塩基配列の多様性からはRfに様々な対立遺伝子がある可能性が暗示されていたものの、これを検証した例はなかった。今回、テンサイのRfが複対立遺伝子であり、そのことを利用してCMSのメカニズムを研究することが可能であることを実証した。すなわち、CMS原因遺伝子の作用が段階的に減少するような状況を作り出し、ミトコンドリアや葯発達プログラムにいかなる影響があるのかを明らかにした。

Report

(4 results)
  • 2020 Annual Research Report   Final Research Report ( PDF )
  • 2019 Research-status Report
  • 2018 Research-status Report
  • Research Products

    (22 results)

All 2021 2020 2019 2018

All Journal Article (6 results) (of which Int'l Joint Research: 2 results,  Peer Reviewed: 6 results,  Open Access: 5 results) Presentation (16 results) (of which Int'l Joint Research: 2 results,  Invited: 1 results)

  • [Journal Article] A Lineage-Specific Paralog of Oma1 Evolved into a Gene Family from Which a Suppressor of Male Sterility-Inducing Mitochondria Emerged in Plants2020

    • Author(s)
      Arakawa Takumi、Kagami Hiroyo、Katsuyama Takaya、Kitazaki Kazuyoshi、Kubo Tomohiko
    • Journal Title

      Genome Biology and Evolution

      Volume: 12 Issue: 12 Pages: 2314-2327

    • DOI

      10.1093/gbe/evaa186

    • NAID

      120006939393

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    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Journal Article] The molecular basis for allelic differences suggests Restorer-of-fertility 1 is a complex locus in sugar beet (Beta vulgaris L.)2020

    • Author(s)
      Arakawa Takumi、Matsunaga Muneyuki、Matsui Katsunori、Itoh Kanna、Kuroda Yosuke、Matsuhira Hiroaki、Kitazaki Kazuyoshi、Kubo Tomohiko
    • Journal Title

      BMC Plant Biology

      Volume: 20 Issue: 1 Pages: 503-503

    • DOI

      10.1186/s12870-020-02721-9

    • NAID

      120006896742

    • Related Report
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    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Journal Article] What Does the Molecular Genetics of Different Types of Restorer-of-Fertility Genes Imply?2020

    • Author(s)
      Kubo Tomohiko、Arakawa Takumi、Honma Yujiro、Kitazaki Kazuyoshi
    • Journal Title

      Plants

      Volume: 9 Issue: 3 Pages: 361-361

    • DOI

      10.3390/plants9030361

    • NAID

      120006812534

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    • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
  • [Journal Article] How did a duplicated gene copy evolve into a restorer-of-fertility gene in a plant? The case of Oma12019

    • Author(s)
      Arakawa Takumi、Sugaya Hajime、Katsuyama Takaya、Honma Yujiro、Matsui Katsunori、Matsuhira Hiroaki、Kuroda Yosuke、Kitazaki Kazuyoshi、Kubo Tomohiko
    • Journal Title

      Royal Society Open Science

      Volume: 6 Issue: 11 Pages: 190853-190853

    • DOI

      10.1098/rsos.190853

    • NAID

      120006764205

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    • Author(s)
      Arakawa Takumi、Uchiyama Daisuke、Ohgami Takashi、Ohgami Ryo、Murata Tomoki、Honma Yujiro、Hamada Hiroyuki、Kuroda Yosuke、Taguchi Kazunori、Kitazaki Kazuyoshi、Kubo Tomohiko
    • Journal Title

      PLOS ONE

      Volume: 13 Issue: 6 Pages: 1-20

    • DOI

      10.1371/journal.pone.0198409

    • NAID

      120006471032

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  • [Journal Article] Identification and characterization of a semi-dominant restorer-of-fertility 1 allele in sugar beet (Beta vulgaris)2018

    • Author(s)
      Arakawa Takumi、Ue Sachiyo、Sano Chihiro、Matsunaga Muneyuki、Kagami Hiroyo、Yoshida Yu、Kuroda Yosuke、Taguchi Kazunori、Kitazaki Kazuyoshi、Kubo Tomohiko
    • Journal Title

      Theoretical and Applied Genetics

      Volume: 132 Issue: 1 Pages: 227-240

    • DOI

      10.1007/s00122-018-3211-6

    • NAID

      120006776811

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    • Invited
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    • Author(s)
      伊藤 栞奈 ,荒河 匠 ,松平 洋明 ,黒田 洋輔 ,北﨑 一義 ,久保 友彦
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      日本育種学会、第136回講演会
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      松井 克憲, 荒川 匠, 松平 洋明, 黒田 洋輔, 北崎 一義, 久保 友彦
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  • [Presentation] ガーデンビートにおけるミトコンドリアDNAと花粉稔性回復遺伝子の多様性2019

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      鹿俣陽平、柏倉淳、北崎一義、久保友彦
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      第42回日本分子生物学会年会
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      荒河 匠、松永 宗幸、上 幸代、松井 克憲、伊藤 栞奈、北崎 一義、久保 友彦
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      Takumi Arakawa, Kazuyoshi Kitazaki, Muneyuki Matsunaga, Rika Yui-Kurino, Hiroaki Matsuhira, Tetsuo Mikami, Tomohiko Kubo
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  • [Presentation] Molecular basis of nuclear-mitochondrial interaction in cytoplasmic male sterility in sugar beet2018

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      Takumi Arakawa, Kazuyoshi Kitazaki, Muneyuki Matsunaga, Rika Yui-Kurino, Hiroaki Matsuhira, Tetsuo Mikami, Tomohiko Kubo
    • Organizer
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      荒河 匠, 上 幸代, 佐野 千紘, 鏡 豊代, 吉田 有宇, 北﨑 一義, 久保 友彦
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      荒河 匠, 勝山 嵩也, 菅谷 元, 本間 雄二朗, 佐野 千紘, 久保 友彦
    • Organizer
      第2回 日本共生生物学会
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Published: 2018-04-23   Modified: 2022-01-27  

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