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) ; 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 2022)
• 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: 食用担子菌 / ゲノム編集 / 遺伝子汚染 / 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、サブテーマ１の国レベルの遺伝子汚染状況広域調査について、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、海外共同研究機関に保存されているシイタケ菌株コレクションのジェノタイプ解析を行って、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。研究代表者と分担者が、研究協力者である韓国の慶尚大学校に出向いて研究を行った。 また、さまざまなきのこ種におけるゲノム編集の導入についても研究を進めた。

Current Status of Research Progress

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

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。コロナの影響で中国側への訪問はできていないが、現地大学での研究活動が再開し、インターネットで連絡を取り合いながら、進展を図ることが可能になってきた。

Strategy for Future Research Activity

今後は、現在の解析を進めつつ、令和５年度に計画されているフィールド調査を実施し、ゲノム汚染の実態とメカニズム解明を進めていく予定である。さらに、キクラゲにおける分子遺伝学的な研究の基盤形成を試みる。

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)
• [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] 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