ダイズ青立ち抵抗性品種育成への分子基盤構築

• Project/Area Number: 19J00195
• Research Category: Grant-in-Aid for JSPS Fellows
• Allocation Type: Single-year Grants
• Section: 国内
• Review Section: Basic Section 39010:Science in plant genetics and breeding-related
• Research Institution: National Agriculture and Food Research Organization
• Principal Investigator: 山谷 浩史 国立研究開発法人農業・食品産業技術総合研究機構, 作物研究部門 作物デザイン研究領域, 特別研究員(PD)
• Project Period (FY): 2019-04-25 – 2022-03-31
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2021)
• Budget Amount: ¥4,810,000 (Direct Cost: ¥3,700,000、Indirect Cost: ¥1,110,000); Fiscal Year 2021: ¥1,560,000 (Direct Cost: ¥1,200,000、Indirect Cost: ¥360,000); Fiscal Year 2020: ¥1,560,000 (Direct Cost: ¥1,200,000、Indirect Cost: ¥360,000); Fiscal Year 2019: ¥1,690,000 (Direct Cost: ¥1,300,000、Indirect Cost: ¥390,000)
• Keywords: ダイズ / 葉老化 / クロロフィル / BCM１ / 青立ち

Outline of Research at the Start

ダイズは収穫期に茎葉が枯上がらず、緑色が残る現象は青立ちと呼ばれる。青立ちは収穫時の汚粒の発生や青立ち株の除去など、品質低下やコスト増に繋がる不良形質である。そのため、青立ち現象の遺伝的抑制が望まれているが、分子メカニズムをはじめその抵抗性を付与する有効な遺伝子の報告はなく、重要な研究課題といえる。本課題では、既に報告のあるダイズの青立ち抵抗性QTLのqGSD1/qGSS1のポジショナルクローニングを行う。また、早枯れ突然変異系統の原因遺伝子の単離を行う。さらにトランスクリプトーム解析等により、単離した原因遺伝子やこれによって制御される遺伝子群を明らかにし、青立ちの分子メカニズムを解明する。

Outline of Annual Research Achievements

早枯突然変異体els1は青立ちを抑制や早期収穫特性を付与できる可能性があるため、突然変異体の原因遺伝子の単離と機能解析に取り組んだ。これまでの研究からELS1 はクロロフィル合成と分解に関与するシロイヌナズナBCM1のオルソログをコードすることを明らかにした。els1 においても葉老化前からクロロフィル含量が低く、その分解も早いことからシロイヌナズナと同様にクロロフィル合成と分解に関与すると考えられる。早枯表現型の強さと合わせて考察するとels1-1はアミノ酸変異により機能が低下した弱いアリル、els1-2はナンセンス変異により機能が完全に欠損した強いアリルであると考えられた。els1-1とels1-2 の圃場形質を調べると、開花開始期、莢の伸長期は野生型と有意差はなったが、莢完熟期は野生型よりも早まることを明らかにした。しかしながら、強いアリルのels1-2の個体あたりの収量は野生型に比べ顕著に低下することが分かった。興味深いことに、弱いアリルのels1-1 の個体あたりの収量はels1-2 に比べ緩やかに低下することを明らかにした。つまり、els1-1 の早期葉老化表現型は農業形質に悪い影響を大きく与えることなく早熟特性を付与できると考えられる。
東北129号とタチナガハの青立ち関連QTL qGSD1の原因遺伝子を単離するためにQTL近傍の組換個体を得たあと、ホモ化させた後代を圃場で評価した。qGSD1は屋外の環境条件により青立ち抑制の効果が明確に出ないことがこれまでの報告から予想されており、残念ながら、本年度も親系統をはじめ組換え系統間で青立ちの差異を示さなかった。

Research Progress Status

令和3年度が最終年度であるため、記入しない。

Strategy for Future Research Activity

令和3年度が最終年度であるため、記入しない。

Research Products

• [Journal Article] Genetic analysis of chlorophyll synthesis and degradation regulated by BALANCE of CHLOROPHYLL METABOLISM (2022)
  • Author(s): Yamatani Hiroshi、Ito Takeshi、Nishimura Kenji、Yamada Tetsuya、Sakamoto Wataru、Kusaba Makoto
  • Journal Title: Plant Physiology Volume: 189 Issue: 1 Pages: 431-444
  • DOI: 10.1093/plphys/kiac059
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Functional Divergence of G and Its Homologous Genes for Green Pigmentation in Soybean Seeds (2022)
  • Author(s): Tokumitsu Yusuke、Kozu Takuto、Yamatani Hiroshi、Ito Takeshi、Nakano Haruna、Hase Ayaka、Sasada Hiroki、Takada Yoshitake、Kaga Akito、Ishimoto Masao、Kusaba Makoto、Nakashima Taiken、Abe Jun、Yamada Tetsuya
  • Journal Title: Frontiers in Plant Science Volume: 12 Pages: 796981-796981
  • DOI: 10.3389/fpls.2021.796981
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Identification and Characterization of an Early Leaf Senescence Gene ELS1 in Soybean (2021)
  • Author(s): Yamatani Hiroshi、Heng Titnarong、Yamada Tetsuya、Kusaba Makoto、Kaga Akito
  • Journal Title: Frontiers in Plant Science Volume: 12 Pages: 784105-784105
  • DOI: 10.3389/fpls.2021.784105
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Highly pleiotropic functions of CYP78As and AMP1 are regulated in non-cell-autonomous/organ-specific manners (2021)
  • Author(s): Nobusawa Takashi、Kamei Misaki、Ueda Hiroaki、Matsushima Naoya、Yamatani Hiroshi、Kusaba Makoto
  • Journal Title: Plant Physiology Volume: in press Issue: 1 Pages: 767-781
  • DOI: 10.1093/plphys/kiab067
  • Peer Reviewed
• [Presentation] 新規マルチターゲットゲノム編集ベクターによるレタスの高効率変異導入 (2021)
  • Author(s): 伊藤岳・山谷浩史・信澤岳・草場信
  • Organizer: 第12回中国育種談話会
• [Presentation] ダイズ早枯遺伝子ELS1の単離と機能解析 (2020)
  • Author(s): 山谷 浩史・Heng T・山田 哲也・草場 信・加賀秋人
  • Organizer: 第138回日本育種学会
• [Presentation] ダイズ早枯系統の分子遺伝学的解析 (2020)
  • Author(s): 山谷 浩史・Heng T・山田 哲也・草場 信・加賀秋人
  • Organizer: 第137回日本育種学会
• [Patent(Industrial Property Rights)] 新規植物体、当該植物体の生産方法、およびステイグリーン植物の発芽率または成苗率を改善する方法 (2019)
  • Inventor(s): 草場信、 山谷浩史、 山田哲也
  • Industrial Property Rights Holder: 草場信、 山谷浩史、 山田哲也
  • Industrial Property Rights Type: 特許
  • Filing Date: 2019