Is self-incompatibility in Citrus spp. governed by S-RNase?

• Project/Area Number: 19H02949
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
• Allocation Type: Single-year Grants
• Section: 一般
• Review Section: Basic Section 39030:Horticultural science-related
• Research Institution: University of Miyazaki
• Principal Investigator: Honsho Chitose 宮崎大学, 農学部, 准教授 (30381057)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 稲葉 丈人 宮崎大学, 農学部, 准教授 (00400185) ; 牛島 幸一郎 岡山大学, 環境生命科学学域, 准教授 (20379720)
• Project Period (FY): 2019-04-01 – 2023-03-31
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2022)
• Budget Amount: ¥17,290,000 (Direct Cost: ¥13,300,000、Indirect Cost: ¥3,990,000); Fiscal Year 2022: ¥3,120,000 (Direct Cost: ¥2,400,000、Indirect Cost: ¥720,000); Fiscal Year 2021: ¥3,120,000 (Direct Cost: ¥2,400,000、Indirect Cost: ¥720,000); Fiscal Year 2020: ¥5,070,000 (Direct Cost: ¥3,900,000、Indirect Cost: ¥1,170,000); Fiscal Year 2019: ¥5,980,000 (Direct Cost: ¥4,600,000、Indirect Cost: ¥1,380,000)
• Keywords: カンキツ / 自家不和合性 / S-RNase / 果樹 / 園芸学 / F-Box

Outline of Research at the Start

自家受粉を行ったときに受精が阻害される自家不和合性は，結実性に影響を及ぼす農業上重要な形質である．いくつかのカンキツ属植物も自家不和合性を示すが，その分子メカニズムはほとんど明らかでない．本研究では，カンキツ属植物の自家不和合性にT2型RNase（T2 RNase）が関与しているとの仮説のもと，自家不和合性カンキツの一種であるヒュウガナツなどから獲得されているT2 RNase遺伝子の遺伝解析や，他の自家不和合性カンキツ属植物からの新規T2 RNase遺伝子の単離，ならびにT2 RNaseタンパク質の機能解析を通して，その仮説の検証を行う．

Outline of Final Research Achievements

To elucidate the mechanism of self-incompatibility (SI) in Citrus species, the involvement of S-RNase-like T2 RNase genes in SI was examined. Recombinant protein of T2 RNase obtained from 'Hyuganatsu' was expressed in Escherichia coli and treated with germinated pollen in vitro, and it was observed that pollen tube elongation was inhibited. Genetic analysis of using seedlings obtained by out-cross of parents sharing one S allele confirmed that inheritance of several T2 RNase genes were consistent with the mode of the S allele inheritance. In addition, allelic diversity of T2 RNase genes were identified using 41 citrus varieties. Finally, it was concluded that these T2 RNase genes are S-RNase which regulates the SI of citrus plants.

Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements

カンキツ属植物の自家不和合性については，その現象は古くから知られていたもののメカニズムに関する研究は長らく進展してこなかったが，本研究によってS-RNaseによって支配されているということが明らかになった．カンキツ属植物の自家不和合性は自家受粉による種子形成を制限するため，単為結果性カンキツを栽培する際の無核果生産に有用となる形質である，今後カンキツ属植物のS-RNase遺伝子型がより明らかになりDNAマーカーが開発されれば，新たな無核性カンキツ品種の育種の効率化が期待されるなど，社会的意義は大きいと考えられる．

Research Products

• [Journal Article] Association of T2/S-RNase with self-incompatibility of Japanese citrus accessions examined by transcriptomic, phylogenetic, and genetic approaches (2021)
  • Author(s): Honsho Chitose, Ushijima Koichiro, Anraku Misa, Ishimura Shuji, Yu Qibin, Gmitter Frederick G., Tetsumura Takuya
  • Journal Title: Frontiers in Plant Science Volume: 12 Pages: 638321-638321
  • DOI: 10.3389/fpls.2021.638321
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Presentation] 自家不和合性カンキツのクレメンティンにおけるS遺伝子座に存在する遺伝子の特徴 (2022)
  • Author(s): 河村奈歩・石村修司・鉄村琢哉・本勝千歳
  • Organizer: 園芸学会令和4年度秋季大会
• [Presentation] Survey of candidate genes for citrus S-RNase from genomic and transcriptomic data (2021)
  • Author(s): Chitose Honsho, Koichiro Ushijima, Shuji Ishimura, Takuya Tetsumura
  • Organizer: 1st International Symposium on Reproductive Biology of Fruit Tree Species
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] クレメンティン，’オーランド’，’フォーチュン’におけるS-RNase遺伝子の探索 (2021)
  • Author(s): 本勝千歳, 田邉秀和, 石村修司, 鉄村琢哉, Krishan Kumar, Qibin Yu, Fred Gmitter
  • Organizer: 園芸学会令和3年度秋季大会
• [Presentation] カンキツ属植物における自家不和合性 S ハプロタイプと一致した分離を示す T2 RNase 遺伝子 (2020)
  • Author(s): 本勝千歳・安楽美桜・中川華菜・古川大・石村修司・鉄村琢哉
  • Organizer: 園芸学会令和2年度春季大会
• [Presentation] カンキツ属植物から得られたT2 RNaseの系統解析と一次構造の特徴 (2019)
  • Author(s): 本勝千歳・牛島幸一郎・石村修司・鉄村琢哉
  • Organizer: 園芸学会令和元年度秋季大会