Genetic pollution caused by edible mushrooms cultivation in east Asia and its technical solution

• Project/Area Number: 22KK0090
• Research Category: Fund for the Promotion of Joint International Research (Fostering Joint International Research (B))
• Allocation Type: Multi-year Fund
• Review Section: Medium-sized Section 41:Agricultural economics and rural sociology, agricultural engineering, and related fields
• Research Institution: Kyoto University
• Principal Investigator: 本田 与一 京都大学, 農学研究科, 教授 (70252517)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 寺内 裕貴 山口大学, 大学研究推進機構, 助教 (40915336) ; 入江 俊一 滋賀県立大学, 環境科学部, 教授 (30336721) ; 河内 護之 京都大学, 農学研究科, 特定准教授 (70771294)
• Project Period (FY): 2022-10-07 – 2028-03-31
• Project Status: Granted (Fiscal Year 2023)
• Budget Amount: ¥20,150,000 (Direct Cost: ¥15,500,000、Indirect Cost: ¥4,650,000); Fiscal Year 2027: ¥4,160,000 (Direct Cost: ¥3,200,000、Indirect Cost: ¥960,000); Fiscal Year 2026: ¥4,290,000 (Direct Cost: ¥3,300,000、Indirect Cost: ¥990,000); Fiscal Year 2025: ¥3,510,000 (Direct Cost: ¥2,700,000、Indirect Cost: ¥810,000); Fiscal Year 2024: ¥2,730,000 (Direct Cost: ¥2,100,000、Indirect Cost: ¥630,000); Fiscal Year 2023: ¥2,990,000 (Direct Cost: ¥2,300,000、Indirect Cost: ¥690,000); Fiscal Year 2022: ¥2,470,000 (Direct Cost: ¥1,900,000、Indirect Cost: ¥570,000)
• Keywords: きのこ / 食用担子菌 / 胞子 / 遺伝子汚染 / ゲノム編集 / 胞子形成

Outline of Research at the Start

東アジアにおける代表的な栽培きのこであるシイタケとキクラゲをモデルとし、農業活動による遺伝子汚染の実態について調査することで、越境汚染や各々の国・地域に固有の遺伝的多様性の残存具合を明確にし、遺伝資源の保護立案に役立てることが可能となる。また、農業による遺伝子汚染の侵攻をくい止めるため、異型担子菌類に属するキクラゲを材料として、形質転換系の開発、ゲノム編集系の導入を行い、最終的に胞子を作らない栽培株の育種を目指す。

Outline of Annual Research Achievements

「遺伝子汚染」は、種の遺伝的多様性を棄損し、自然界における遺伝的資源の豊かさ、ひいては種の多様性を著しく低下させる。ペットなどとして持ち込まれ た外来生物との交雑による固有種の駆逐等が取り上げられる事も多いが、実際には農業における単一もしくは限られた(外来・遺伝子組換えを含む)品種の大規模栽培により、野生の同種もしくは近縁種において遺伝的な多様性が失われることが地球規模で頻発している。環境に優しく、持続可能な社会を形成するため、農業に起因する遺伝子汚染の拡大について国際的な観点で客観的に把握し、またその影響を放置することなく技術的・政策的な対策を打つ必要がある。本研究は、東アジアにおける代表的な栽培きのこであるシイタケとキクラゲをモデルとし、農業活動による遺伝子汚染の実態について調査することで、越境汚染や各々の国・地域に固有の遺伝的多様性の残存具合を明確にし、遺伝資源の保護立案に役立てることが可能となる。また、農業による遺伝子汚染の侵攻をくい止めるため、異型担子菌類に属するキクラゲを材料として、形質転換系の開発、ゲノム編集系の導入を行い、最終的に胞子を作らない栽培株の育種を目指す。本年度は、昨年度に引き続き、中韓における日本原産株の人工栽培による遺伝子汚染の拡がりについての実態を把握する目的で、越境汚染の有無や、これまでに栽培株の遺伝子がどのくらい天然の集団内に浸潤しているかについて調査した。このため研究代表者が、研究協力者である韓国の慶尚大学校に出向いて研究打ち合わせやフィールド調査を行った。 また、海外との共同研究によりマンネンタケ等のさまざまな食用きのこ種におけるゲノム編集の導入や胞子形成についても研究を進めた。

Current Status of Research Progress

3: Progress in research has been slightly delayed.

Reason

韓国側との共同研究は、現地も訪問し計画通りに進んでいる。一方で、コロナ禍の影響で中国側への入国にはビザが必要であり、また研究代表者はOECDの共同研究実施のためスペインに７ヶ月間滞在する必要があったため、現地調査を含め十分な研究はできていない。

Strategy for Future Research Activity

中国政府は日本国籍を持つものに対するビザなしの訪問解禁を検討している。手続き上の制約がなくなれば、これまで実施が困難であった現地でのフィールドワーク等の研究計画を開始することができると思われるため、コロナ禍のため初年度および二年度に生じた研究計画の遅れをとりもどしていく予定である。

Research Products

• [Int'l Joint Research] 上海農業科学院/吉林農業大学(中国)
• [Int'l Joint Research] 慶尚大学校(韓国)
• [Int'l Joint Research] ナバーラ州立大学(スペイン)
• [Int'l Joint Research] 上海農業科学院/吉林農業大学(中国)
• [Int'l Joint Research] 慶尚大学校(韓国)
• [Journal Article] Pleurotus ostreatus as a model mushroom in genetics, cell biology, and material sciences (2024)
  • Author(s): Takehito Nakazawa, Moriyuki Kawauchi, Yuitsu Otsuka, Junxian Han, Daishiro Koshi, Kim Schiphof, Lucia Ramirez, Antonio G Pisabarro, Yoichi Honda
  • Journal Title: Applied microbiology and biotechnology Volume: 108 Issue: 1 Pages: 216-237
  • DOI: 10.1007/s00253-024-13034-4
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Identification of two genes essential for basidiospore formation during the postmeiotic stages in Pleurotus ostreatus (2024)
  • Author(s): Kobukata Takeshi、Nakazawa Takehito、Yamasaki Fuga、Sugano Junko、Oh Minji、Kawauchi Moriyuki、Sakamoto Masahiro、Honda Yoichi
  • Journal Title: Fungal Genetics and Biology Volume: - Pages: 103890-103890
  • DOI: 10.1016/j.fgb.2024.103890
  • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
• [Journal Article] A Novel Strain Breeding of Ganoderma lucidum UV119 (Agaricomycetes) with High Spores Yield and Strong Resistant Ability to Other Microbes’ Invasions (2023)
  • Author(s): Tang Chuanhong、Tan Yi、Zhang Jingsong、Zhou Shuai、Honda Yoichi、Zhang Henan
  • Journal Title: Foods Volume: 12 Issue: 3 Pages: 465-465
  • DOI: 10.3390/foods12030465
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] The Cas9-gRNA ribonucleoprotein complex-mediated editing of pyrG in Ganoderma lucidum and unexpected insertion of contaminated DNA fragments (2023)
  • Author(s): Eom Hyerang、Choi Yeon-Jae、Nandre Rutuja、Han Hui-Gang、Kim Sinil、Kim Minseek、Oh Youn-Lee、Nakazawa Takehito、Honda Yoichi、Ro Hyeon-Su
  • Journal Title: Scientific Reports Volume: 13 Issue: 1
  • DOI: 10.1038/s41598-023-38331-2
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] The lignin‐degrading abilities of Gelatoporia subvermispora gat1 and pex1 mutants generated via CRISPR /Cas9 (2023)
  • Author(s): Nakazawa Takehito、Inoue Chikako、Morimoto Ryota、Nguyen Dong Xuan、Bao Dapeng、Kawauchi Moriyuki、Sakamoto Masahiro、Honda Yoichi
  • Journal Title: Environmental Microbiology Volume: - Issue: 8 Pages: 1-16
  • DOI: 10.1111/1462-2920.16372
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Heterokaryosis, the main obstacle in the generation of PPO1-edited Agaricus bisporus by CRISPR/Cas9 system (2023)
  • Author(s): Yeon Jae Choi, Hyerang Eom, Seong-Hyeok Yang, Rutuja Nandre, Sinil Kim, Minseek Kim, Youn-Lee Oh, Takehito Nakazawa, Yoichi Honda, Hyeon-Su Ro
  • Journal Title: Scientia Horticulturae Volume: 318 Pages: 112095-112095
  • DOI: 10.1016/j.scienta.2023.112095
  • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Introducing multiple-gene mutations in Pleurotus ostreatus using a polycistronic tRNA and CRISPR guide RNA strategy (2022)
  • Author(s): Xu Haibo、Nakazawa Takehito、Zhang Yufan、Oh Minji、Bao Dapeng、Kawauchi Moriyuki、Sakamoto Masahiro、Honda Yoichi
  • Journal Title: FEMS Microbiology Letters Volume: 369 Issue: 1 Pages: 1-7
  • DOI: 10.1093/femsle/fnac102
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] CRISPR/Cas9 using a transient transformation system in Ceriporiopsis subvermispora (2022)
  • Author(s): Nakazawa Takehito、Inoue Chikako、Nguyen Dong Xuan、Kawauchi Moriyuki、Sakamoto Masahiro、Honda Yoichi
  • Journal Title: Applied Microbiology and Biotechnology Volume: 106 Issue: 17 Pages: 5575-5585
  • DOI: 10.1007/s00253-022-12095-7
  • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
• [Presentation] 食用担子菌ヒラタケを用いた、核移行CRISPR/Cas9による安全なきのこ分子育種技術の開発 (2024)
  • Author(s): 越大志朗、菅野純子、河内護之、中沢威人、坂本正弘、 OH Minji、本田与一
  • Organizer: 日本木材学会大会
• [Presentation] Trans-nuclei CRISPR/Cas9 for safe genome editing technology in mushrooms (2024)
  • Author(s): Daishiro KOSHI, Junko SUGANO, Moriyuki KAWAUCHI, Takehito NAKAZAWA, Masahiro SAKAMOTO, Minji OH, Yoichi HONDA
  • Organizer: Asia Mycological Congress
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] non-GM genome editing and its utilization in science and breeding of mushrooms (2024)
  • Author(s): Yoichi Honda
  • Organizer: 20th International Society of Mushroom Science Congress
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] トランスクリプトーム解析とCRISPR/Cas9を用いたヒラタケの担子胞子形成に必須な新規遺伝子の同定 (2023)
  • Author(s): 小深田剛士, 山崎風雅, 中沢威人, 菅野純子, OH Minji, 河内護之, 坂本正弘, 本田与一
  • Organizer: 日本木材学会大会
• [Presentation] CRISPR/Cas9 Technology in Mushrooms for Sustainable Future of the Planet and Human Health (2023)
  • Author(s): Yoichi Honda
  • Organizer: 10th International Conference on Mushroom biology and Mushroom Product
  • Int'l Joint Research / Invited
• [Presentation] ゲノム工学を用いた白色腐朽菌の科学と新たな可能性 (2022)
  • Author(s): 本田与一
  • Organizer: 日本木材学会生物劣化研究会
  • Invited