種子の胚数多様性を支配する分子基盤の解明

• Project/Area Number: 22K05578
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
• Allocation Type: Multi-year Fund
• Section: 一般
• Review Section: Basic Section 39010:Science in plant genetics and breeding-related
• Research Institution: National Agriculture and Food Research Organization
• Principal Investigator: 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): 2022-04-01 – 2025-03-31
• Project Status: Granted (Fiscal Year 2023)
• Budget Amount: ¥4,290,000 (Direct Cost: ¥3,300,000、Indirect Cost: ¥990,000); Fiscal Year 2024: ¥1,170,000 (Direct Cost: ¥900,000、Indirect Cost: ¥270,000); Fiscal Year 2023: ¥1,560,000 (Direct Cost: ¥1,200,000、Indirect Cost: ¥360,000); Fiscal Year 2022: ¥1,560,000 (Direct Cost: ¥1,200,000、Indirect Cost: ¥360,000)
• Keywords: テンサイ / 種子 / 胚数性 / 胚数

Outline of Research at the Start

作物の多くは1個の種子から1個体が出芽する。一方、糖料作物であるテンサイの種子は元来、複数の種子が融合した特殊な形態（多胚性）を示す。多胚性は、複数個体をセットにして生存・繁殖するための適応形質の一つと考えられるが、作物の生産を行う際には生育の不均一性をもたらす不良形質である。個々の種子が独立した「単胚性」がテンサイ集団から発見されて以来、単胚性は世界のテンサイ産業を支えるに至っているが、高度な単胚性の育種選抜は容易でない。本研究では、申請者が保有する遺伝資源の中に含まれる多様な胚数を示す系統変異に着目し、次世代シーケンス技術等を活用して、種子の胚数多様性を支配する分子基盤を解明する。

Outline of Annual Research Achievements

令和5年度は，二胚種子率に関するQTL-seq解析を実施した。二胚性系統（着生する種子に単胚性種子と二胚性種子が混在）と単胚性系統（ほぼ単胚性種子を着生）のF2分離集団（123個体）について、種子の形態を調査した。その結果、二胚種子率は0%から93%まで、ほぼ連続的に分離することがわかった。そこで、二胚種子率が低い（0%～6％）20個体、および二胚種子率が高い（54％～93%）20個体（二胚性バルク）のDNAをそれぞれ等量ずつバルク化し、次世代シーケンサーによるゲノムシーケンスを行い、QTL-seq解析を行った。その結果、ΔSNP-indexが有意に高いゲノム領域を1か所（もしくは近接する2か所）見出した。
この領域は、既存の多胚性遺伝子Mが座上する第4染色体ではなく、第1染色体上に含まれることが分かった。
このことから、二胚性は、Mの複対立遺伝子によって発現するのではなく、Mとは異なる染色体に座乗する遺伝因子によって発現する形質であることが明らかとなった。本領域は約4 Mbpと広く、遺伝子数は280個と推定されている。次年度は、QTL解析等により同領域の絞り込みを試みる必要がある。
一方、この領域には、多胚性・単胚性系統の花序先端RNA-seqの比較から発現量が有意に異なる遺伝子が2個含まれることが分かった。これらは植物ホルモン代謝に関わる遺伝子に相同であり、これらの植物ホルモンと胚数性には何らかの関係があるのかもしれない。今後、さらなる解析を進める予定である。

Current Status of Research Progress

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

Reason

二胚性にかかわるゲノム領域をQTL-seq解析で特定でき、それが既存の多胚性遺伝子とは異なるゲノム領域であることがわかったことから、おおむね順調と考えられる。

Strategy for Future Research Activity

二胚性遺伝子座候補領域はQTL解析等により絞り込みを行う。また複数の単胚性系統と二胚性系統を用い、本領域のゲノム構造の比較等を行う。また、二胚性に関連する分子マーカーを作出する。