アブラナ科育種素材の多様化に対応した受粉反応評価軸の再構築と分子基盤

• Project/Area Number: 21H02162
• 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: Tohoku University
• Principal Investigator: 渡辺 正夫 東北大学, 生命科学研究科, 教授 (90240522)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 鈴木 剛 大阪教育大学, 教育学部, 教授 (10314444)
• Project Period (FY): 2021-04-01 – 2024-03-31
• Project Status: Granted (Fiscal Year 2023)
• Budget Amount: ¥17,290,000 (Direct Cost: ¥13,300,000、Indirect Cost: ¥3,990,000); Fiscal Year 2023: ¥5,460,000 (Direct Cost: ¥4,200,000、Indirect Cost: ¥1,260,000); Fiscal Year 2022: ¥5,460,000 (Direct Cost: ¥4,200,000、Indirect Cost: ¥1,260,000); Fiscal Year 2021: ¥6,370,000 (Direct Cost: ¥4,900,000、Indirect Cost: ¥1,470,000)
• Keywords: アブラナ科植物 / 自家不和合性 / 一側性不和合性 / 受粉反応 / 育種素材 / アブラナ科作物

Outline of Research at the Start

アブラナ科作物では自家不和合性(SI)による経済的F1育種が行われているが、海外由来系統との交雑が背景と考えられる想定外の不和合性が育種効率化の障害となっている。申請者はアブラナ科の自家不和合性研究から、SI分子機構を解明し、日本とトルコ系統間での一側性不和合性(UI)の原因がS遺伝子座の重複と機能喪失であることを証明した。つまり、アブラナ科作物の育種素材の受粉反応では、SIに加えてUIも加味した現象理解が至急の課題である。本研究ではSIとUIが示す共通性と多様性の実態解明を深化させ、受粉反応評価軸を再構築する。

Outline of Annual Research Achievements

本研究の目的は、(1) SIとUI表現型における共通性・多様性の細胞レベルでの理解、(2) SIとUIにおけるMLPK下流因子の同定・機能解析による下流因子の共通性・多様性の分子レベルでの理解、(3) SIとUIにおける対立遺伝子間での優劣性発現機構の共通性・多様性の理解であり、受粉反応の新たな分子基盤の構築を目指す。
本年度は、SIとUIが示す共通性と多様性の実態解明を深化させ、受粉反応評価軸を再構築に向けて、3つの観点(柱頭上での花粉表現型、柱頭認識分子下流の共通性と多様性、優劣性発現機構)に対する統合的な理解を通じて、受粉反応の新たな分子基盤の構築をする。
研究項目I：SI/UIを併せ持つ系統を作出し、SI、UIだけの系統との表現型の共通性・多様性解析について、蛍光染色で同一性、差異を確認した。その結果、SI、UI表現型に、蛍光染色での差異は見られず、同一の認識経路を活用している可能性が考えられた。
研究項目II：UI下流にMLPKおよびSC1因子が必要であることを遺伝学的に確認し、MLPK・SC1遺伝子の必要性を確認するために、下流因子SC1の遺伝子解析に向け、ゲノム編集個体の表現型を観察した。その結果、SI、UIのSRK, SUI下流でMLPK、SC1因子が共通に機能しており、異なる花粉因子SP11/PUIからの情報を統合していることが考えられた。
研究項目III：UIにおける優劣性発現機構に対するsiRNAの関与の可能性を探るために、PUI1遺伝子周辺領域のゲノム構造を調査し、プロモーター領域との比較検討した結果、UIの優劣性はSIの優劣性とは異なる制御系と考えられた。

Current Status of Research Progress

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

Reason

計画した内容に対して順調に結果が出ており、問題などは生じていない。

Strategy for Future Research Activity

SI/UIの表現型解析はほぼ完了しており、UI下流因子SC1候補遺伝子の実態に迫る。柱頭側で生じるUIの優劣性に対して、多型性、発現パターンなどを調査する予定である。

Research Products

• [Int'l Joint Research] 順天大学/忠南大学(韓国)
• [Journal Article] Effective use of legacy data in a genome-wide association studies improves the credibility of quantitative trait loci detection in rice (2023)
  • Author(s): Suganami Mao、Kojima Soichi、Wang Fanmiao、Yoshida Hideki、Miura Kotaro、Morinaka Yoichi、Watanabe Masao、Matsuda Tsukasa、Yamamoto Eiji、Matsuoka Makoto
  • Journal Title: Plant Physiology Volume: 191 Issue: 3 Pages: 1561-1573
  • DOI: 10.1093/plphys/kiad018
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Fluorescence from abnormally sterile pollen of the Japanese apricot (2021)
  • Author(s): Mori, S., Shimma, S., Masuko-Suzuki, H., Watanabe, M., Nakanishi, T., Tsukioka, J., Goto, K., Fukui, H., and Hirai, N.
  • Journal Title: Plant Biotechnology Volume: 38 Issue: 3 Pages: 355-366
  • DOI: 10.5511/plantbiotechnology.21.0730a
  • NAID: 130008091691
  • ISSN: 1342-4580, 1347-6114
  • Year and Date: 2021-09-25
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Spatiogenetic characterization of <i>S</i> receptor kinase (<i>SRK</i>) alleles in naturalized populations of <i>Raphanus sativus</i> L. var. <i>raphanistroides</i> on Yakushima island (2021)
  • Author(s): Fukushima, K., Kanomata, T., Kon, A., Masuko-Suzuki, H., Ito, K., Ogata, S., Takada, Y., Komatsubara, Y., Nakamura, T., Watanabe, T., Koizumi, S., Sanuki, H., Park, J.-I., Niikura, S., Suwabe, K., Fujii, S., Murase, K., Takayama, S., Suzuki, G., and Watanabe, M.
  • Journal Title: Genes & Genetic Systems Volume: 96 Issue: 3 Pages: 129-139
  • DOI: 10.1266/ggs.20-00066
  • NAID: 130008102461
  • ISSN: 1341-7568, 1880-5779
  • Year and Date: 2021-06-01
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Genetic diversity of genes controlling unilareral incompatibility in Japanese cultivars of Chinese cabbage. (2021)
  • Author(s): Takada, Y., Mihara, Y., He, Y., Xie, H., Ozaki, Y., Nishida, H., Hong, S., Lim, Y. P., Takayama, S., Suzuki, G., and Watanabe, M.
  • Journal Title: Plants Volume: 10 Issue: 11 Pages: 2467-2467
  • DOI: 10.3390/plants10112467
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Presentation] 細菌由来のデハロゲナーゼを発現するシロイヌナズナ植物の人工農薬分解活性 (2023)
  • Author(s): 鄧文昊, 高田美信, 大坪嘉行, 渡辺正夫, 永田裕二
  • Organizer: 日本農芸化学会 2023年度広島大会
• [Presentation] イネにおけるQTL検出の信頼性向上に向けたレガシーデータのGWASへの有効利用 (2023)
  • Author(s): 菅波眞央, 小島創一, Wang Famio, 吉田英樹, 三浦孝太郎, 森中洋一, 渡辺正夫, 山本英司, 松岡信
  • Organizer: 第64回日本植物生理学会年会
• [Presentation] 石川県南加賀地方沿岸部に自生するハマダイコン集団を用いたS対立遺伝子の地理的構造解析 (2023)
  • Author(s): 益子恵利那, 福島和紀, 林真妃, 山本将之, 寺岸俊哉, 高山誠司, 渡辺正夫
  • Organizer: 日本育種学会 第143回講演会
• [Presentation] 東北大学「科学者の卵養成講座」を通じた「科学の眼」育成 (2022)
  • Author(s): 安藤晃, 渡辺正夫, 伊藤幸博, 下山武文
  • Organizer: 第70回応用物理学会秋期学術講演会
• [Presentation] 日本のダイズ品種を中心としたGWAS解析集団の構築 (2022)
  • Author(s): 菅波眞央, 高橋秀和, 吉田英樹, 二瓶直登, 石川大太郎, 牧雅康, 佐藤郁恵, 平山孝, 遠藤あかり, 吉田晋弥, 小島創一, 渡辺正夫, 松田幹, 松岡信
  • Organizer: 日本作物学会第254回講演会
• [Presentation] Brassica rapaの系統間一側性不和合性を支配するUI遺伝子座のゲノム構造比較解析 (2022)
  • Author(s): 高田美信, 清水元樹, 鈴木剛, 渡辺正夫
  • Organizer: 第17回東北育種研究集会
• [Presentation] 低光強度下トマト根の伸長における希土類元素の影響. (2022)
  • Author(s): 井口翔, 徳永達也, 竹中悠人, 渡辺正夫, 石水毅
  • Organizer: 日本農芸化学会 2022年度京都大会
• [Presentation] ゲノム育種の加速化に有効なレガシーデータを活用したGWAS. (2022)
  • Author(s): 菅波眞央, 小島創一, 吉田英樹, Fanmiao Wang, 森中洋一, 渡辺正夫, 松田幹, 松岡信
  • Organizer: 日本作物学会第253回講演会
• [Presentation] Brassica rapa における小国カブの近交系統間で起きる一側性不和合性を制御する雌雄因子の同定に向けた遺伝学的解析. (2022)
  • Author(s): 金あおい, 高田美信, 清水元樹, 高山誠司, 鈴木剛, 小林恭士, 渡辺正夫
  • Organizer: 日本育種学会第141回講演会
• [Presentation] B. rapa近交系統間交雑時に生じた新規受粉時一側性不和合性現象の解析. (2021)
  • Author(s): 金あおい, 高田美信, 清水元樹, 高山誠司, 鈴木剛, 小林恭士, 渡辺正夫
  • Organizer: 日本育種学会第140回講演会
• [Book] "自家不和合性", In "遺伝学の百科事典" (2022)
  • Author(s): 渡辺正夫, 高山誠司
  • Total Pages: 690
  • Publisher: 丸善出版
• [Book] エッセンシャル 植物生理学-農学系のための基礎- (2022)
  • Author(s): 牧野周, 渡辺正夫, 村井耕二, 榊原均
  • Total Pages: 272
  • Publisher: 講談社
• [Book] 改訂 遺伝単 (2021)
  • Author(s): 渡辺正夫
  • Total Pages: 456
  • Publisher: エヌ・ティー・エス出版
  • ISBN: 9784860437121
• [Book] Advances in Plant Breeding Strategies: Vegetable Crops Volume 10 (2021)
  • Author(s): Okamoto, T., Wei, X., Mehraj, H., Rashed Hossain, M., Akter, A., Miyaji, N., Takada, Y., Park, J.-I., Fujimoto, R., Nou, I.-S., and Watanabe, M.
  • Total Pages: 557
  • Publisher: Springer International Publishing
  • ISBN: 3030669688
• [Remarks] 東北大学大学院生命科学研究科植物生殖システム分野
  • URL: http://www.ige.tohoku.ac.jp/prg/watanabe/
• [Remarks] 東北大学大学院生命科学研究科植物分子育種分野 ホームページ
  • URL: http://www.ige.tohoku.ac.jp/prg/watanabe/