| Project/Area Number |
22KJ0363
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| Project/Area Number (Other) |
21J20479 (2021-2022)
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| Research Category |
Grant-in-Aid for JSPS Fellows
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| Allocation Type | Multi-year Fund (2023)
Single-year Grants (2021-2022) |
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| Section | 国内 |
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| Review Section |
Basic Section 39030:Horticultural science-related
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| Research Institution | University of Tsukuba |
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Principal Investigator |
桑原 康介 筑波大学, 理工情報生命学術院, 特別研究員(DC1)
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| Project Period (FY) |
2023-03-08 – 2024-03-31
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| Project Status |
Completed (Fiscal Year 2023)
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| Budget Amount *help |
¥2,200,000 (Direct Cost: ¥2,200,000)
Fiscal Year 2023: ¥700,000 (Direct Cost: ¥700,000)
Fiscal Year 2022: ¥700,000 (Direct Cost: ¥700,000)
Fiscal Year 2021: ¥800,000 (Direct Cost: ¥800,000)
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| Keywords | 細胞質雄性不稔性 / 稔性回復 / トマト / ミトコンドリア / ゲノム編集 / 花粉 |
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| Outline of Research at the Start |
ミトコンドリアゲノムに存在する異常な遺伝子によって正常な花粉の形成が阻害される現象は細胞質雄性不稔性（CMS）と呼ばれ、生育旺盛な雑種第一代（F1）の育種に利用されている。しかし、トマトにおけるCMSの研究はほとんど実施されておらず、トマトCMSの実態が不明であることからF1品種育種への利用が避けられていた。そこで本研究では、トマトCMSの実態を明らかにするとともに、ミトコンドリアゲノムの異常遺伝子がどのように正常花粉の形成を阻害するのかを解明する。さらに、ミトコンドリアゲノムの異常遺伝子の働きを抑制する核遺伝子（稔性回復遺伝子）の探索も本研究で実施する。
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| Outline of Annual Research Achievements |
トマト細胞質雄性不稔性(Cytoplasmic Male Sterility; CMS)の原因遺伝子orf137による雄性不稔化メカニズムの解明に向けて、複数の花粉発達ステージのトランスクリプトーム解析を実施した。その結果、orf137はミトコンドリアから核に向けてカルシウムシグナル伝達を誘導していることが示唆された。このシグナル伝達を介して花粉発芽に強く関連する核遺伝子群の発現変動を誘導し、雄性不稔性を引き起こすことが予想される。
また、トマトCMS系統の稔性回復を誘導できる稔性回復(Restorer of Fertility; RF)遺伝子はトマト近縁野生種が保有している。RF遺伝子候補として9 個の遺伝子を特定していたが、遺伝子検証の結果、いずれの候補遺伝子もCMS系統の稔性回復を誘導しないことが判明し、近縁野生種が保有するRF遺伝子の特定には至らなかった。一方で、突然変異育種により人工的に新規のトマトRF系統を13系統開発することに成功した。最も強い稔性回復を誘導できるトマトRF系統およびトマトCMS系統を用いてF1品種を作出した結果、F1品種における果実収量は従来のF1品種と同等であることがわかり、今回開発したRF系統の実用性を示すことができた。さらに、遺伝子同定の手法であるBulked Segregant Analysisを用いることで、人工的に開発したトマトRF系統において5つのRF遺伝子を特定した。CMS系統において、ゲノム編集技術を用いて5つの遺伝子をそれぞれノックアウトした結果、いずれの変異体においても稔性回復が誘導された。したがって、特定した5つの遺伝子はいずれもトマトCMS系統に対するRF遺伝子であると判断できる。
以上の結果は、トマトF1採種の効率化に貢献する成果であるともに、CMS原因遺伝子による雄性不稔化メカニズムの解明にも貢献する成果となる。
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