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新規ゲノム編集技術を用いた葉緑体ゲノム上の有用SNPsの単離とその集積利用

Research Project

Project/Area Number 22KJ1004
Project/Area Number (Other) 22J20237 (2022)
Research Category

Grant-in-Aid for JSPS Fellows

Allocation TypeMulti-year Fund (2023)
Single-year Grants (2022)
Section国内
Review Section Basic Section 39010:Science in plant genetics and breeding-related
Research InstitutionThe University of Tokyo

Principal Investigator

中里 一星  東京大学, 大学院農学生命科学研究科, 特別研究員(DC1)

Project Period (FY) 2023-03-08 – 2025-03-31
Project Status Granted (Fiscal Year 2023)
Budget Amount *help
¥2,500,000 (Direct Cost: ¥2,500,000)
Fiscal Year 2024: ¥800,000 (Direct Cost: ¥800,000)
Fiscal Year 2023: ¥800,000 (Direct Cost: ¥800,000)
Fiscal Year 2022: ¥900,000 (Direct Cost: ¥900,000)
Keywords葉緑体ゲノム / ランダム変異導入 / ゲノム編集 / 除草剤耐性 / 塩基編集 / 植物 / シロイヌナズナ / 葉緑体 / プラスチド
Outline of Research at the Start

葉緑体ゲノムは、光合成の鍵となる遺伝子を保持しているため、その改変によって作物の収量やバイオマスが向上する可能性がある。しかし、葉緑体ゲノムは改変が困難であり、また作物の農業的な性質を強化する塩基多型の情報が乏しいことなどから、作物の品種改良にほとんど利用されてこなかった。本研究では、モデル植物シロイヌナズナを用いて植物の葉緑体ゲノムにランダム変異を導入する方法の確立を試み、さらに作物の農業的な性質を強化する葉緑体ゲノム上の塩基多型の同定やその実用作物への水平導入をも目指す。

Outline of Annual Research Achievements

葉緑体ゲノムの特定の領域においてランダムに変異 [C:G対 (シトシンとグアニンのペア) からT:A対 (チミンとアデニンのペア) への塩基置換) を導入することを試み、「標的配列周辺において複数のアリルパターンを有する変異体集団の創出」に成功した。今後は、当初の目標である「標的配列周辺において多様なアリルパターンを有する変異体集団の創出」に取り組む。

葉緑体ゲノムは多くの植物種で母性遺伝し、そのような種では葉緑体ゲノムに除草剤耐性変異を有する個体を一代雑種育種の種子親として用いることで、除草剤耐性雑種種子を効率的に作出できると期待される。しかし、葉緑体ゲノムは改変困難であるため、これは実現されてこなかった。そこで、私たちは葉緑体ゲノム標的一塩基置換酵素ptpTALECDやptpTALECD_v2を用いて、シロイヌナズナ葉緑体ゲノムにコードされるD1タンパク質に特定のアミノ酸変異を導入した。この変異は、光合成細菌や藻類等を用いた先行研究で単離された変異で、市販の除草剤への耐性を付与することが知られている。本研究で作出したシロイヌナズナ変異体は、作物栽培時に推奨されている用量の除草剤を噴霧した後でも生存し (野生型個体は枯死した)、また除草剤非存在下での生育は野生型個体と同等だった (Nakazato et al., under revision)。

Current Status of Research Progress
Current Status of Research Progress

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

Reason

葉緑体ゲノムの標的配列周辺において複数のアリルパターンを有する変異体集団の創出、ならびに葉緑体ゲノム改変による除草剤耐性個体の作出に成功したため。

Strategy for Future Research Activity

葉緑体ゲノムに変異導入するための酵素を改変することで、標的配列周辺において多様なアリルパターンを有する変異体集団を創出できるかどうかを検証する。また、作出した変異体の葉緑体ゲノムに追加の変異を導入することで、この変異体よりも除草剤耐性が強く、かつ生育が良い変異体を作出できるかどうかを検証する。

Report

(2 results)
  • 2023 Research-status Report
  • 2022 Annual Research Report
  • Research Products

    (24 results)

All 2024 2023 2022 Other

All Journal Article (4 results) (of which Int'l Joint Research: 1 results,  Peer Reviewed: 4 results,  Open Access: 4 results) Presentation (16 results) (of which Int'l Joint Research: 7 results,  Invited: 1 results) Book (1 results) Remarks (1 results) Patent(Industrial Property Rights) (1 results) (of which Overseas: 1 results) Funded Workshop (1 results)

  • [Journal Article] Characterization and development of a plastid genome base editor, <scp>ptpTALECD</scp>2023

    • Author(s)
      Nakazato Issei、Okuno Miki、Itoh Takehiko、Tsutsumi Nobuhiro、Arimura Shin‐ichi
    • Journal Title

      The Plant Journal

      Volume: 115 Issue: 4 Pages: 1151-1162

    • DOI

      10.1111/tpj.16311

    • Related Report
      2023 Research-status Report
    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Journal Article] Targeted A-to-G base editing in the organellar genomes of Arabidopsis with monomeric programmable deaminases2023

    • Author(s)
      Zhou Chang、Okuno Miki、Nakazato Issei、Tsutsumi Nobuhiro、Arimura Shin-ichi
    • Journal Title

      Plant Physiology

      Volume: 194 Issue: 4 Pages: 2278-2287

    • DOI

      10.1093/plphys/kiad678

    • Related Report
      2023 Research-status Report
    • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
  • [Journal Article] Genome Editing of Plant Mitochondrial and Chloroplast Genomes2023

    • Author(s)
      Arimura Shin-ichi、Nakazato Issei
    • Journal Title

      Plant And Cell Physiology

      Volume: - Issue: 4 Pages: 477-483

    • DOI

      10.1093/pcp/pcad162

    • Related Report
      2023 Research-status Report
    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Journal Article] Targeted base editing in the mitochondrial genome of Arabidopsis thaliana2022

    • Author(s)
      Issei Nakazato, Miki Okuno, Chang Zhou, Takehiko Itoh, Nobuhiro Tsutsumi, Mizuki Takenaka, Shin-ichi Arimura
    • Journal Title

      Proceedings of the National Academy of Sciences

      Volume: 119 Issue: 20 Pages: 1-9

    • DOI

      10.1073/pnas.2121177119

    • Related Report
      2022 Annual Research Report
    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Presentation] 葉緑体ゲノムと植物ミトコンドリアゲノムの標的一塩基置換2024

    • Author(s)
      中里一星
    • Organizer
      令和5年度東京大学低温科学研究センター研究交流会
    • Related Report
      2023 Research-status Report
  • [Presentation] 葉緑体ゲノム標的塩基編集による、除草剤メトリブジン耐性シロイヌナズナの作出2024

    • Author(s)
      中里一星、矢守航、松村浩由、奥野未来、堤伸浩、有村慎一
    • Organizer
      日本育種学会第145回講演会(令和6年度春季大会)
    • Related Report
      2023 Research-status Report
  • [Presentation] Targeted base editing in the plant organellar genome2024

    • Author(s)
      中里一星、有村慎一
    • Organizer
      第65回日本植物生理学会年会
    • Related Report
      2023 Research-status Report
  • [Presentation] Developing tools for targeted C-to-T base editing in the plastid and mitochondrial genome of Arabidopsis thaliana2023

    • Author(s)
      Issei Nakazato, Miki Okuno, Yoshiko Tamura, Chang Zhou, Takehiko Itoh, Nobuhiro Tsutsumi, Hideki Takanashi, Shin-ichi Arimura
    • Organizer
      The 33rd International Conference on Arabidopsis Research
    • Related Report
      2023 Research-status Report
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] the 15th International Association for Plant Biotechnology Congress2023

    • Author(s)
      Issei Nakazato, Miki Okuno, Takehiko Itoh, Nobuhiro Tsutsumi, Shin-ichi Arimura
    • Organizer
      Targeted C-to-T base editing in the plastid genome of Arabidopsis thaliana by plastid-targeting base editors, ptpTALECD and ptpTALECD_v2
    • Related Report
      2023 Research-status Report
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Targeted C-to-T base editing in the organellar genome of Arabidopsis thaliana2023

    • Author(s)
      Issei Nakazato
    • Organizer
      IBMP JSPS Core-to-Core Joint Seminar
    • Related Report
      2023 Research-status Report
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Targeted C-to-T base editing in the organellar genome of Arabidopsis thaliana2023

    • Author(s)
      Issei Nakazato
    • Organizer
      IJPB-INRAe JSPS Core-to-Core Joint Seminar
    • Related Report
      2023 Research-status Report
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Targeted C-to-T base editing in the organellar genome of Arabidopsis thaliana2023

    • Author(s)
      Issei Nakazato
    • Organizer
      Humboldt-Univ Berlin JSPS Core-to-Core Joint Seminar
    • Related Report
      2023 Research-status Report
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Targeted C-to-T base editing in the organellar genome of Arabidopsis thaliana2023

    • Author(s)
      Issei Nakazato
    • Organizer
      the 6th Plants and People Conference
    • Related Report
      2023 Research-status Report
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] 高活性型の塩基置換酵素ptpTALECD_v2を用いた、シロイヌナズナの葉緑体ゲノムの標的一塩基置換2023

    • Author(s)
      中里一星、奥野未来、伊藤武彦、堤伸浩、有村慎一
    • Organizer
      第40回日本植物バイオテクノロジー学会 (千葉) 大会
    • Related Report
      2023 Research-status Report
  • [Presentation] シロイヌナズナのオルガネラゲノムの標的一塩基置換2023

    • Author(s)
      中里一星
    • Organizer
      第40回日本植物バイオテクノロジー学会 (千葉) 大会
    • Related Report
      2023 Research-status Report
  • [Presentation] オルガネラゲノム編集一文字置換技術、最新情報と実際と2023

    • Author(s)
      中里一星、有村慎一
    • Organizer
      日本育種学会第144回講演会(令和5年度秋季大会)
    • Related Report
      2023 Research-status Report
  • [Presentation] 葉緑体ゲノムと植物ミトコンドリアゲノムの標的塩基編集2023

    • Author(s)
      中里一星
    • Organizer
      NGS EXPO 2023
    • Related Report
      2023 Research-status Report
    • Invited
  • [Presentation] 高活性型塩基置換酵素を用いた,シロイヌナズナの葉緑体ゲノムの標的塩基編集2023

    • Author(s)
      中里一星、堤伸浩、有村慎一
    • Organizer
      第64回日本植物生理学会年会
    • Related Report
      2022 Annual Research Report
  • [Presentation] 高活性型のptpTALECDによる、シロイヌナズナ葉緑体ゲノム上の標的シトシンのチミンへの置換2023

    • Author(s)
      中里一星、奥野未来、伊藤武彦、堤伸浩、有村慎一
    • Organizer
      日本育種学会第143回講演会(令和5年度春季大会)
    • Related Report
      2022 Annual Research Report
  • [Presentation] Targeted base editing in the plastid genome of Arabidopsis thaliana with a highly active base editor2023

    • Author(s)
      Issei Nakazato, Miki Okuno, Takehiko Itoh, Nobuhiro Tsustumi, Shin-ichi Arimura
    • Organizer
      Chloroplast Biotechnology Gordon Research Conference
    • Related Report
      2022 Annual Research Report
    • Int'l Joint Research
  • [Book] ゲノム編集の最新技術と医薬品・遺伝子治療・農業・水畜産物・有用物質生産への活用2023

    • Author(s)
      執筆者:60名、技術情報協会
    • Total Pages
      605
    • Publisher
      技術情報協会
    • ISBN
      9784861049781
    • Related Report
      2023 Research-status Report
  • [Remarks] Annual Report 2022

    • URL

      https://www.crc.u-tokyo.ac.jp/publication/annualreport/parts/AnnualReport2022.pdf

    • Related Report
      2023 Research-status Report
  • [Patent(Industrial Property Rights)] METHOD FOR PRODUCING METRIBUZIN RESISTANT PLANTS2023

    • Inventor(s)
      有村慎一、中里一星
    • Industrial Property Rights Holder
      有村慎一、中里一星
    • Industrial Property Rights Type
      特許
    • Filing Date
      2023
    • Related Report
      2023 Research-status Report
    • Overseas
  • [Funded Workshop] Plant Biology 20222022

    • Related Report
      2022 Annual Research Report

URL: 

Published: 2022-04-28   Modified: 2024-12-25  

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