Platform of gene function analysis for Wild Oryza and understanding of seed diversity among Oryza species

• Project/Area Number: 20H00424
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research (A)
• Allocation Type: Single-year Grants
• Section: 一般
• Review Section: Medium-sized Section 39:Agricultural and environmental biology and related fields
• Research Institution: National Institute of Genetics
• Principal Investigator: 佐藤 豊 国立遺伝学研究所, ゲノム・進化研究系, 教授 (40345872)
• Project Period (FY): 2020-04-01 – 2025-03-31
• Project Status: Granted (Fiscal Year 2024)
• Budget Amount: ¥44,460,000 (Direct Cost: ¥34,200,000、Indirect Cost: ¥10,260,000); Fiscal Year 2024: ¥8,710,000 (Direct Cost: ¥6,700,000、Indirect Cost: ¥2,010,000); Fiscal Year 2023: ¥8,710,000 (Direct Cost: ¥6,700,000、Indirect Cost: ¥2,010,000); Fiscal Year 2022: ¥8,710,000 (Direct Cost: ¥6,700,000、Indirect Cost: ¥2,010,000); Fiscal Year 2021: ¥8,710,000 (Direct Cost: ¥6,700,000、Indirect Cost: ¥2,010,000); Fiscal Year 2020: ¥9,620,000 (Direct Cost: ¥7,400,000、Indirect Cost: ¥2,220,000)
• Keywords: 野生イネ / 種子形質 / GWAS

Outline of Research at the Start

本研究は、国立遺伝学研究所が保有する野生イネ遺伝資源を利用した有用遺伝子単離と機能解析のプラットフォームの構築を、種子形質をモデルとして行う。本研究により、野生遺伝資源からの遺伝子単離と機能解析がルーチンに行えるようになり、野生遺伝資源が示す多様性の分子基盤が明らかになるとともに、気候変動時代における作物生産安定化に向けて、野生遺伝資源の育種への利用の可能性を広げることができる。

Outline of Annual Research Achievements

当該年度、本研究提案では以下の課題に取り組んだ。
(1) O. rufipogon遺伝子単離・解析プラットフォームの構築と検証(種子形質に着目)については、O. rufipogonを用いて、形質評価→GWAS解析→候補遺伝子の検証という野生イネからの遺伝子単離・機能解析プラットフォーム構築の実証を行った。当該年度は、前年度作成したGWAS用ゲノタイプファイルをもとに検出した複数のQTLについて、データベース検索等により遺伝子機能の検証に取り組んだ。その結果、種子の代謝物含量を制御すると考えられる複数の候補遺伝子を見つけることができた。なかでも、糖に関連した代謝物含量を制御する遺伝子座については、複数種類の代謝物が同一座位の遺伝子が制御する可能性を明らかにすることができた。このことにより、GWASによる遺伝子単離の有効性をあらためて確認することができた。また、病害抵抗性に関わることが示唆される別の代謝物については、GWASのピークが一遺伝子座の多型を示しており、遺伝子同定のスピードの速さも確認することができた。(2) O. rufipogonの種子形多様性をもたらすシグナル分子をコードする遺伝子の解析については、約300系統のO.rufipogonの種子形データを用いてGWAS解析により同定した新規種子形制御シグナル分子をコードする遺伝子の機能解析を行い、 データをまとめ論文として発表した。
(3) 上記に加えて、O. rufipogonとO. barthiiにおける種子形質多様性に関する形質情報の取得を行った。当該年度は主に代謝物の多様性を解析した。

Current Status of Research Progress

2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.

Reason

GWASによる候補遺伝子の抽出など予定通りに進んだ。また、本研究の目的である野生イネの多様性を説明する種子関連因子の同定に関し論文発表を行った。

Strategy for Future Research Activity

すでに当初計画の多くを達成している。今後は、より多様な形質に関連する遺伝子の同定に向けて、解析手法のプラットフォーム化を進める。

Research Products

• [Journal Article] Post-embryonic function of GLOBULAR EMBRYO 4 (GLE4)/OsMPK6 in rice development (2023)
  • Author(s): Ishimoto Kiyoe、Nosaka-Takahashi Misuzu、Kishi-Kaboshi Mitsuko、Watanabe Tsuneaki、Abe Kiyomi、Shimizu-Sato Sae、Takahashi Hirokazu、Nakazono Mikio、Hirochika Hirohiko、Sato Yutaka
  • Journal Title: Plant Biotechnology Volume: 40 Issue: 1 Pages: 9-13
  • DOI: 10.5511/plantbiotechnology.22.1117a
  • ISSN: 1342-4580, 1347-6114
  • Year and Date: 2023-03-25
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Control of Plant Cell Growth and Proliferation by MO25A, a Conserved Major Component of the Mammalian Sterile 20-Like Kinase Pathway (2023)
  • Author(s): Ta Kim Nhung、Yoshida Mari W、Tezuka Takumi、Shimizu-Sato Sae、Nosaka-Takahashi Misuzu、Toyoda Atsushi、Suzuki Takamasa、Goshima Gohta、Sato Yutaka
  • Journal Title: Plant and Cell Physiology Volume: 64 Issue: 3 Pages: 336-351
  • DOI: 10.1093/pcp/pcad005
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Designing rice panicle architecture via developmental regulatory genes (2023)
  • Author(s): Agata Ayumi、Ashikari Motoyuki、Sato Yutaka、Kitano Hidemi、Hobo Tokunori
  • Journal Title: Breeding Science Volume: 73 Issue: 1 Pages: 86-94
  • DOI: 10.1270/jsbbs.22075
  • ISSN: 1344-7610, 1347-3735
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] A leaf‐emanated signal orchestrates grain size and number in response to maternal resources (2023)
  • Author(s): Ta Kim Nhung、Shimizu‐Sato Sae、Agata Ayumi、Yoshida Yuri、Taoka Ken‐ichiro、Tsuji Hiroyuki、Akagi Takashi、Tanizawa Yasuhiro、Sano Ryosuke、Nosaka‐Takahashi Misuzu、Suzuki Toshiya、Demura Taku、Toyoda Atsushi、Nakamura Yasukazu、Sato Yutaka
  • Journal Title: The Plant Journal Volume: - Issue: 1 Pages: 175-189
  • DOI: 10.1111/tpj.16219
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Measurements of the number of specified and unspecified cells in the shoot apical meristem during a plastochron in rice (Oryza sativa) reveal the robustness of cellular specification process in plant development (2022)
  • Author(s): Nosaka-Takahashi Misuzu、Kato Makio、Kumamaru Toshihiro、Sato Yutaka
  • Journal Title: PLOS ONE Volume: 17 Issue: 6 Pages: e0269374-e0269374
  • DOI: 10.1371/journal.pone.0269374
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Whole-Genome Sequencing of Rice Mutant Library Members Induced by N-Methyl-N-Nitrosourea Mutagenesis of Fertilized Egg Cells (2022)
  • Author(s): Kubo Takahiko、Yamagata Yoshiyuki、Matsusaka Hiroaki、Toyoda Atsushi、Sato Yutaka、Kumamaru Toshihiro
  • Journal Title: Rice Volume: 15 Issue: 1 Pages: 38-38
  • DOI: 10.1186/s12284-022-00585-1
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Measurements of Antibacterial Activity of Seed Crude Extracts in Cultivated Rice and Wild Oryza Species (2022)
  • Author(s): Yoshida Yuri、Nosaka-T Misuzu、Yoshikawa Takanori、Sato Yutaka
  • Journal Title: Rice Volume: 15 Issue: 1 Pages: 63-63
  • DOI: 10.1186/s12284-022-00610-3
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Variations in Grain Traits among Local Rice Varieties Collected More Than Half-Century Ago in Indochinese Countries (2022)
  • Author(s): Lim Sathya、Onoda Anna、Orn Chhourn、Iwamoto Hiromu、Ishikawa Ryo、Saito Hiroki、Sato Yutaka、Ishii Takashige
  • Journal Title: Plants Volume: 12 Issue: 1 Pages: 133-133
  • DOI: 10.3390/plants12010133
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Collection, preservation and distribution of <i>Oryza</i> genetic resources by the National Bioresource Project RICE (NBRP-RICE) (2021)
  • Author(s): Sato Yutaka、Tsuda Katsutoshi、Yamagata Yoshiyuki、Matsusaka Hiroaki、Kajiya-Kanegae Hiromi、Yoshida Yuri、Agata Ayumi、Ta Kim Nhung、Shimizu-Sato Sae、Suzuki Toshiya、Nosaka-Takahashi Misuzu、Kubo Takahiko、Kawamoto Shoko、Nonomura Ken-Ichi、Yasui Hideshi、Kumamaru Toshihiro
  • Journal Title: Breeding Science Volume: 71 Issue: 3 Pages: 291-298
  • DOI: 10.1270/jsbbs.21005
  • NAID: 130008069069
  • ISSN: 1344-7610, 1347-3735
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Mutation of the imprinted gene OsEMF2a induces autonomous endosperm development and delayed cellularization in rice (2021)
  • Author(s): Tonosaki Kaoru、Ono Akemi、Kunisada Megumi、Nishino Megumi、Nagata Hiroki、Sakamoto Shingo、Kijima Saku T、Furuumi Hiroyasu、Nonomura Ken-Ichi、Sato Yutaka、Ohme-Takagi Masaru、Endo Masaki、Comai Luca、Hatakeyama Katsunori、Kawakatsu Taiji、Kinoshita Tetsu
  • Journal Title: The Plant Cell Volume: 33 Pages: 85-103
  • DOI: 10.1093/plcell/koaa006
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] OryzaGenome2.1: Database of Diverse Genotypes in Wild Oryza Species (2021)
  • Author(s): Kajiya-Kanegae et al.
  • Journal Title: Rice Volume: 14 Issue: 1 Pages: 24-24
  • DOI: 10.1186/s12284-021-00468-x
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Evolution and diversity of the wild rice Oryza officinalis complex, across continents genome types, and ploidy levels (2020)
  • Author(s): Matt Shenton, Masaaki Kobayashi, Shin Terashima, Hajime Ohyanagi, Dario Copetti, Tania Hernandez-Hernandez, Jianwei Zhang, Nobuko Ohmido, Masahiro Fujita, Atsushi Toyoda, Hiroshi Ikawa, Asao Fujiyama, Hiroyasu Furuumi, Toshie Miyabayashi, Takahiko Kubo, David Kudrna, Rod Wing, Kentaro Yano, Ken-ichi Nonomura et al.
  • Journal Title: Genome Biology and Evolution Volume: 12 Pages: 413-428
  • DOI: 10.1093/gbe/evaa037
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Agrobacterium-Mediated Genetic Transformation of Wild Oryza Species Using Immature Embryos (2020)
  • Author(s): Shimizu-Sato Sae et al.
  • Journal Title: Rice Volume: 13 Issue: 1 Pages: 33-33
  • DOI: 10.1186/s12284-020-00394-4
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Antagonistic regulation of the gibberellic acid response during stem growth in rice (2020)
  • Author(s): Nagai Keisuke et al.
  • Journal Title: Nature Volume: 584 Issue: 7819 Pages: 109-114
  • DOI: 10.1038/s41586-020-2501-8
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Oral RNAi of diap1 results in rapid reduction of damage to potatoes in Henosepilachna vigintioctopunctata (2020)
  • Author(s): Chikami Yasuhiko、Kawaguchi Haruka、Suzuki Takamasa、Yoshioka Hirofumi、Sato Yutaka、Yaginuma Toshinobu、Niimi Teruyuki
  • Journal Title: Journal of Pest Science Volume: 94 Issue: 2 Pages: 505-515
  • DOI: 10.1007/s10340-020-01276-w
  • Peer Reviewed
• [Presentation] NBRPイネ ゲノム情報とゲノム編集が可能にする野生イネ遺伝資源の新たな利活用 (2022)
  • Author(s): 津田勝利、佐藤豊
  • Organizer: 第63回日本植物生理学会年会 シンポジウム「ゲノムと技術が磨くバイオリソース」
  • Invited
• [Presentation] Analysis on the establishment of apical-basal axis formation and stem cells in rice (2022)
  • Author(s): Yutaka Sato
  • Organizer: 第63回日本植物生理学会年会 シンポジウム「植物幹細胞の特性の理解に向けて」
  • Invited
• [Presentation] 野生遺伝資源を活用した新奇食糧資源の開拓 (2021)
  • Author(s): 佐藤豊
  • Organizer: 第38回日本植物バイオテクノロジー(つくば)学会 シンポジウム
  • Invited
• [Presentation] Development of molecular genetic research tools of wild Oryza. (2021)
  • Author(s): Yutaka Sato
  • Organizer: ANRRC 2021
  • Int'l Joint Research / Invited
• [Presentation] 胚乳の形成に異常を示すイネ abnormal cell division 1(abc1)突然変異体の解析 (2021)
  • Author(s): 鈴木 俊哉，伊澤 康太郎，高藤 良典，服部 束穂，野坂 実鈴，Nhung Ta，佐藤(志水)佐江， 佐藤 豊
  • Organizer: 第62回日本植物生理学会年会
• [Presentation] BABY BOOM 遺伝子はイネの胚発生において正常な背腹軸形成に必要である (2021)
  • Author(s): 手塚 拓海，佐藤(志水)佐江，Kim Nhung Ta，野坂 実鈴，鈴木 俊哉，佐藤 豊
  • Organizer: 第62回日本植物生理学会年会
• [Presentation] イネ胚の背腹軸形成に異常を示す baby boom 三重変異体に類似した新規突然変異体の解析 (2021)
  • Author(s): 手塚 拓海, Kim Nhung Ta, 佐藤 (志水) 佐江, 野坂 実鈴, 鈴木 俊哉, 佐藤 豊
  • Organizer: 日本育種学会第139回講演会
• [Presentation] イネにおける穂の分枝パターンを制御するqPbn3の遺伝学的研究 (2021)
  • Author(s): 縣 歩美, 武田 泰実, 太田 自由, 土井 一行, 犬飼 義明, 槇原 大悟, 佐藤 豊, 北野 英己, 保浦 徳昇
  • Organizer: 日本育種学会第139回講演会
• [Presentation] 野生イネに特徴的な長い種子休眠を可能にする種子が持つ抗菌活性の評価方法の構築 (2021)
  • Author(s): 吉田 悠里, 佐藤 豊
  • Organizer: 日本育種学会第139回講演会
• [Presentation] 野生イネが示す深い種子休眠におけるVIVIPAROUS 1 gene (VP1)の機能解析 (2021)
  • Author(s): 佐藤(志水)佐江，Kim Nhung Ta，山形 悦透，In-Sun Yoon，服部 束穂，佐藤 豊
  • Organizer: 日本育種学会第139回講演会
• [Presentation] 水溶性ビタミンを介した母体による胚と胚乳の発生制御 (2020)
  • Author(s): 石本 聖絵，鈴木 雅晴，杉木 愛，木嵜 暁子，真野 昌二，野坂(髙橋)実鈴，鈴木 俊哉，タ キムニュン，志水(佐藤) 佐江，豊田 敦，鈴木 孝征，田畑 亮，櫻井 望，澤 進一郎，中園 幹生，長戸 康郎，マッカーティー ドナルド，佐藤 豊
  • Organizer: 日本植物学会第84回大会
• [Presentation] ACE1とDEC1によるイネ節間伸長の antagonistic 制御1 (2020)
  • Author(s): 芦苅 基行，森 欣順，石川 慎，Gamuyao Rico，新美 陽子，保浦 徳昇，福田 萌莉，榊原 均，古田 智敬，久野 裕，佐藤 和広，赤木 剛士，小嶋 美紀子，竹林 裕美子，福島 敦史，氷室 泰代，小林 正智，呉 健忠，アキリ 亘，吉田 綾，辻 寛之，佐藤 豊，永井 啓祐
  • Organizer: 日本植物学会第84回大会
• [Presentation] ACE1とDEC1によるイネ節間伸長の antagonistic 制御2 (2020)
  • Author(s): 永井 啓祐，森 欣順，石川 慎，Gamuyao Rico，新美 陽子，保浦 徳昇，福田 萌莉，榊原 均，古田 智敬，久野 裕，佐藤 和広，赤木 剛士，小嶋 美紀子，竹林 裕美子，福島 敦史，氷室 泰代，小林 正智，呉 健忠，アキリ 亘，吉田 綾，辻 寛之，佐藤 豊，芦苅 基行
  • Organizer: 日本植物学会第84回大会
• [Presentation] イネ初期胚の体軸形成におけるBABY BOOM遺伝子の機能解析 (2020)
  • Author(s): 手塚 拓海, 佐藤(志水)佐江, 野坂 実鈴, 鈴木 俊哉, 佐藤 豊
  • Organizer: 日本育種学会第138回講演会
• [Presentation] 胚乳細胞の分裂と分化に異常を示すイネ abnormal cell division 1 突然変異体の解析 (2020)
  • Author(s): 鈴木 俊哉, 伊澤 康太郎, 高藤 良典, 服部 束穂, 野坂 実鈴, Kim Nhung Ta, 佐藤(志水)佐江, 佐藤 豊
  • Organizer: 日本育種学会第138回講演会
• [Presentation] イネ胚をモデルにした植物の頂部-基部方向の非対称性創出機構の解析 (2020)
  • Author(s): 佐藤 豊
  • Organizer: 第43回日本分子生物学会年会 ワークショップ植物と動物の発生における非対称性創出の基盤原理の理解に向けて
  • Invited
• [Patent(Industrial Property Rights)] Genetically modified rice plant, method for producing rice plant, determination method, growth promoter, gene and protein (2023)
  • Inventor(s): Yutaka Sato
  • Industrial Property Rights Holder: Yutaka Sato
  • Industrial Property Rights Type: 特許
  • Filing Date: 2023
  • Overseas