| Project/Area Number |
23K18016
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| Research Category |
Grant-in-Aid for Challenging Research (Exploratory)
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| Allocation Type | Multi-year Fund |
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| Review Section |
Medium-sized Section 39:Agricultural and environmental biology and related fields
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| Research Institution | Tohoku University |
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Principal Investigator |
鳥山 欽哉 東北大学, 農学研究科, 教授 (20183882)
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| Project Period (FY) |
2023-06-30 – 2025-03-31
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| Project Status |
Granted (Fiscal Year 2023)
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| Budget Amount *help |
¥6,500,000 (Direct Cost: ¥5,000,000、Indirect Cost: ¥1,500,000)
Fiscal Year 2024: ¥3,640,000 (Direct Cost: ¥2,800,000、Indirect Cost: ¥840,000)
Fiscal Year 2023: ¥2,860,000 (Direct Cost: ¥2,200,000、Indirect Cost: ¥660,000)
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| Keywords | 育種学 / 遺伝学 / 遺伝子 / ゲノム / 植物 / イネ |
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| Outline of Research at the Start |
一代雑種品種を育種するために必要な以下の３系統(A, B, C)を単独の栽培品種から作出するシステムを開発する。A: 細胞質雄性不稔系統（CMS系統）：核遺伝子である稔性回復遺伝子(Rf 遺伝子)をゲノム編集技術CRISPR-Cas9を用いて破壊することによって作出する。B: 維持系統：ミトコンドリアのCMS原因遺伝子候補orf288をゲノム編集技術Mito-TALENを用いて破壊し、かつ、Rf 遺伝子をCRISPR-Cas9を用いて破壊することにより作出する。C: 稔性回復系統：普通の日本型栽培イネ台中65号をそのまま利用する。
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究では標準的な単独の「栽培品種」から、価値の高い「細胞質雄性不稔系統(CMS系統)」、及び「維持系統」と「回復系統」をセットで生み出す新システムを、ゲノム編集を駆使して開発することを目的とした。
本研究の作業仮説は、「日本型のイネ栽培品種は、潜在的CMS原因遺伝子(orf288)をミトコンドリアゲノムに隠し持っているが、普段は 核のRf遺伝子(PPR遺伝子：配列特異的RNA結合タンパク質をコードする）の制御を受けて顕在化しない。Rf遺伝子を取り除くと 潜在的CMS原因遺伝子が発現し、CMSとなる)」である。
「CMS系統」を作出する目的で、栽培品種 「台中65号」に存在するRf-like PPR遺伝子を３個ノックアウトした個体を作出したところ、orf288の発現を誘導することができた。３個のPPR遺伝子変異が全てホモ型のものを選抜して結実率を調査したが、雄性不稔性は示さなかった。CMSにするには、追加で別のPPR遺伝子もノックアウトする必要があると考えられた。
「維持系統」を作出する目的で、orf288をミトコンドリアゲノム編集技術mitoTALENを用いてノックアウトした個体を作出した。Orf288を欠失させても 植物体の生育や結実率に悪影響は見られなかった。ヌルセグリガントを選抜して、次に、CRISPR-Cas9を用いて核のPPR遺伝子を３個同時に破壊した個体を作出した。植物体の生育や結実率に悪影響は見られなかった。維持系統を作出する下地が完成した。
回復系統は、元の栽培品種がそのまま使える予定である。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
PPR遺伝子をノックアウトして、CMS系統を作出できる予定であったが、まだ、CMS系統を作出できていない。しかし、ミトコンドリアゲノムに存在するorf288、および、核に存在するPPR遺伝子を３種類同時にノックアウトした個体のホモ型変異ヌルセグリガントを選抜したので、概ね順調と判断した。
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| Strategy for Future Research Activity |
雄性不稔性（CMS）にするには、追加で別のPPR遺伝子もノックアウトする必要があると考えられた。候補となる別のPPR遺伝子が２個存在するので、これらをターゲットとしたCRISPR-Cas9ベクターを構築し、PPR遺伝子を３種類同時にノックアウトした個体のホモ型変異ヌルセグリガントに対して遺伝子導入する。ノックアウト変異がホモ型となったヌルセグリガントを選抜して雄性不稔性を示せば、仮説通りCMS系統を生み出す新システムが確立できたこととなる。
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