Is cytoplasmic male sterility explained by mitochondrial overactivation?

• Project/Area Number: 25292001
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
• Allocation Type: Partial Multi-year Fund
• Section: 一般
• Research Field: Science in genetics and breeding
• Research Institution: Hokkaido University
• Principal Investigator: Kubo Tomohiko 北海道大学, (連合)農学研究科(研究院), 教授 (40261333)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): TAGUCHI Kazunori 農業・食品産業技術総合研究機構, 北海道農業研究センター, 主任研究員 (80414754) ; KURODA Yosuke 農業・食品産業技術総合研究機構, 北海道農業研究センター, 研究員 (40595071)
• Project Period (FY): 2013-04-01 – 2016-03-31
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2015)
• Budget Amount: ¥18,850,000 (Direct Cost: ¥14,500,000、Indirect Cost: ¥4,350,000); Fiscal Year 2015: ¥5,460,000 (Direct Cost: ¥4,200,000、Indirect Cost: ¥1,260,000); Fiscal Year 2014: ¥6,370,000 (Direct Cost: ¥4,900,000、Indirect Cost: ¥1,470,000); Fiscal Year 2013: ¥7,020,000 (Direct Cost: ¥5,400,000、Indirect Cost: ¥1,620,000)
• Keywords: ミトコンドリア / 細胞質雄性不稔性 / 遺伝子発現 / 呼吸

Outline of Final Research Achievements

Cytoplasmic male sterility (CMS) is a breeding character that makes hybrid seed production feasible. In the genetic model of CMS, male sterility expresses when the cytoplasm has male-sterility inducing factor while the nucleus has two recessive alleles of restorer-of-fertility gene (rf). The cytoplasmic factor is a mitochondrial gene that is specific to CMS mitochondrial genome. Such genes have been found from many plant species but the mechanism how CMS expresses is still obscure. The objective of this study is to clarify the mitochondrial function of CMS sugar beet. We found the followings: biochemical difference between male-fertile and CMS mitochondria; male-sterility induction by F0F1-ATPase alteration; and effect of novel Rf on the male-sterility inducing mitochondrial gene.

Research Products

• [Journal Article] Identification of molecular variants of the nonrestoring restorer-of-fertility 1 allele in sugar beet (Beta vulgaris L.) (2016)
  • Author(s): Ohgami T, Uchiyama D, Ue S, Yui-Kurino R, Yoshida Y, Kamei Y, Kuroda Y, Taguchi K, Kubo T
  • Journal Title: Theoretical and Applied Genetics Volume: 129 Pages: 675-688
  • NAID: 120005981514
  • Peer Reviewed / Acknowledgement Compliant
• [Journal Article] Two male sterility-inducing cytoplasms of beet (Beta vulgaris) are genetically distinct but have closely related mitochondrial genomes: implication of a substoichiometric mitochondrial DNA molecule in their evolution (2015)
  • Author(s): Onodera Y, Arakawa T, Yui-Kurino R, Yamamoto MP, Kitazaki K, Ebe S, Matsunaga M, Taguchi K, Kuroda Y, Yamashita S, Sakai T, Kinoshita T, Mikami T, Kubo T
  • Journal Title: Euphytica Volume: 206 Pages: 365-379
  • NAID: 120005890009
  • Peer Reviewed / Acknowledgement Compliant
• [Journal Article] Post-translational mechanisms are associated with fertility restoration of cytoplasmic male sterility in sugar beet (Beta vulgaris) (2015)
  • Author(s): Kitazaki K, Arakawa T, Matsunaga M, Yui-Kurino R, Matsuhira H, Mikami T, Kubo T
  • Journal Title: The Plant Journal Volume: 83 Issue: 2 Pages: 290-299
  • DOI: 10.1111/tpj.12888
  • Peer Reviewed / Acknowledgement Compliant
• [Journal Article] Molecular mapping of restorer-of-fertility 2 gene identified from a sugar beet (Beta vulgaris L. ssp. vulgaris) homozygous for the non-restoring restorer-of-fertility 1 allele (2014)
  • Author(s): Yujiro Honma, Kazunori Taguchi, Hajime Hiyama, Rika Yui-Kurino, Tetsuo Mikami, Tomohiko Kubo
  • Journal Title: Theoretical and Applied Genetics Volume: 127 Issue: 12 Pages: 2567-2574
  • DOI: 10.1007/s00122-014-2398-4
  • Peer Reviewed / Open Access / Acknowledgement Compliant
• [Journal Article] Hybrid breeding skewed the allelic frequencies of molecular variants derived from the restorer of fertility 1 locus for cytoplasmic male sterility in sugar beet (Beta vulgaris L.) (2014)
  • Author(s): Taguchi K, Hiyama H, Yui-Kurino R, Muramatsu A, Mikami T, Kubo T
  • Journal Title: Crop Science Volume: in press Issue: 4 Pages: 1407-1412
  • DOI: 10.2135/cropsci2013.11.0731
  • NAID: 120005451571
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Presentation] テンサイ花粉稔性回復遺伝子 Rf1領域に座乗する4コピーのOma1様遺伝子の機能解析 (2016)
  • Author(s): 荒河匠、勝山豊代、門脇卓哉、三上哲夫、久保友彦
  • Organizer: 日本育種学会第129回講演会
  • Place of Presentation: 横浜市立大学（神奈川県・横浜市）
  • Year and Date: 2016-03-22
• [Presentation] テンサイ花粉稔性回復遺伝子Rf1の多様な遺伝子構造から探るRf1の進化機構 (2016)
  • Author(s): 上幸代、本間雄二郎、吉田有宇、 亀井陽子、久保友彦
  • Organizer: 日本育種学会第129回講演会
  • Place of Presentation: 横浜市立大学（神奈川県・横浜市）
  • Year and Date: 2016-03-22
• [Presentation] テンサイ細胞質雄性不稔性の稔性回復には翻訳後制御が関わる (2015)
  • Author(s): 荒河匠、北崎一義、栗野里香、三上哲夫、 久保友彦
  • Organizer: 第38回日本分子生物学会年会
  • Place of Presentation: 神戸ポートアイランド（兵庫県・神戸市）
  • Year and Date: 2015-12-03
• [Presentation] テンサイ花粉稔性回復遺伝子Rf1の多様化機構について (2015)
  • Author(s): 上幸代、吉田有宇、亀井陽子、久保友彦
  • Organizer: 日本遺伝学会第87回大会
  • Place of Presentation: 東北大学（宮城県・仙台市）
  • Year and Date: 2015-09-24
• [Presentation] 低化学量比ミトコンドリアDNA分子からみた野生ビート由来雄性不稔細胞質の進化 (2015)
  • Author(s): 久保友彦、荒河匠、栗野里香
  • Organizer: 日本育種学会第128回講演会
  • Place of Presentation: 新潟大学（新潟県・新潟市）
  • Year and Date: 2015-09-12
• [Presentation] テンサイRf1領域のOma1様遺伝子のコピー数が稔性回復に与える影響 (2015)
  • Author(s): 荒河匠、勝山豊代、門脇卓哉、三上哲夫、 久保友彦
  • Organizer: 日本育種学会第128回講演会
  • Place of Presentation: 新潟大学（新潟県・新潟市）
  • Year and Date: 2015-09-12
• [Presentation] テンサイOwen型細胞質雄性不稔性におけるRf2がもたらす花粉稔性回復過程の分子的解析 (2015)
  • Author(s): 本間雄二朗、田口和憲、内山大輔、久保友彦
  • Organizer: 日本育種学会第127回講演会
  • Place of Presentation: 玉川大学（東京）
  • Year and Date: 2015-03-22
• [Presentation] テンサイRf1領域のOma1様遺伝子とCMS関連遺伝子preSatp6のタンパク質間相互作用 (2015)
  • Author(s): 荒河匠、北崎一義、栗野里香、三上哲夫、久保友彦
  • Organizer: 日本育種学会第127回講演会
  • Place of Presentation: 玉川大学（東京）
  • Year and Date: 2015-03-22
• [Presentation] テンサイRf1領域のOma1様遺伝子と、CMSに関わるミトコンドリア遺伝子preSatp6の分子的相互作用 (2014)
  • Author(s): 荒河匠, 北崎一義, 栗野里香, 三上哲夫, 久保友彦
  • Organizer: 平成26年度 日本育種学会日本作物学会北海道談話会
  • Place of Presentation: 酪農学園大学（江別市）
  • Year and Date: 2014-12-06
• [Presentation] フダンソウ「仏国大葉」においてはOwen型細胞質雄性不稔に対する雄性不稔維持遺伝子型と稔性回復遺伝子型が分離する (2014)
  • Author(s): 浜田宏之, 内山大輔, 大神貴史, 本間雄二朗, 久保友彦
  • Organizer: 平成26年度 日本育種学会日本作物学会北海道談話会
  • Place of Presentation: 酪農学園大学（江別市）
  • Year and Date: 2014-12-06
• [Presentation] ミトコンドリアによる雄性不稔性発現を許容する核遺伝子：テンサイにおける細胞質雄性不稔維持アレルの事例 (2014)
  • Author(s): 久保友彦、田口和憲、森谷麻里、松平洋明、樋山肇、栗野（由井）里香、村松亜季、三上哲夫
  • Organizer: 第37回 日本分子生物学会
  • Place of Presentation: パシフィコ横浜(神奈川）
  • Year and Date: 2014-11-27
• [Presentation] 細胞質雄性不稔を引き起こすミトコンドリアは何をしているのか (2014)
  • Author(s): 久保友彦
  • Organizer: 国立遺伝学研究所研究集会「オルガネラゲノムに支配される生命現象」
  • Place of Presentation: 国立遺伝学研究所（静岡）
  • Year and Date: 2014-11-07
  • Invited
• [Presentation] RNA-seqによるテンサイOwen型細胞質雄性不稔系統と可稔系統の葯遺伝子発現比較解析 (2014)
  • Author(s): 本間雄二朗, 田口和憲, 久保友彦
  • Organizer: 日本育種学会第126回講演会
  • Place of Presentation: 南九州大学(宮崎)
  • Year and Date: 2014-09-27
• [Presentation] テンサイ細胞質雄性不稔に作用する稔性回復遺伝子Rf2座から見出された候補遺伝子の特徴付け (2014)
  • Author(s): 本間雄二朗, 田口和憲, 樋山肇, 栗野里香, 浜田宏之, 久保友彦
  • Organizer: 日本遺伝学会第86回大会
  • Place of Presentation: 長浜バイオ大学(滋賀)
  • Year and Date: 2014-09-17
• [Presentation] 植物ミトコンドリアへの強疎水性タンパク質輸送は可能か (2014)
  • Author(s): 荒河匠, 栗野里香, 久保友彦
  • Organizer: グリーンテクノバンク・てん菜研究会 第12回技術研究発表会
  • Place of Presentation: 北農ビル（札幌市）
  • Year and Date: 2014-07-18
• [Presentation] 核とミトコンドリアの相互作用が花粉不稔を引き起こす：テンサイ（Beta vulgaris L.）の事例
  • Author(s): 久保友彦
  • Organizer: 生命数理セミナー
  • Place of Presentation: 北海道大学地球環境科学科（札幌市）
  • Invited
• [Presentation] テンサイOwen型細胞質雄性不稔性に働く新規花粉稔性回復遺伝子Rf2座の塩基配列解 析に基づく特徴付け
  • Author(s): 本間雄二朗、 田口和憲、 樋山肇、 栗野里香、 浜田宏之、久保友彦、 三上哲夫
  • Organizer: 第2回マトリョーシカ型生物学研究会
  • Place of Presentation: ホテル京都ガーデンパレス（京都市）
• [Presentation] Oma1-like protease genes are clustered in restorer-of-fertility 1 locus of sugar beet
  • Author(s): Tomohiko Kubo, Hiroaki Matsuhira, Hiroyo Kagami, Masayuki Kurata, Mari Moritani, Kazuyoshi Kitazaki, Kazunori Taguchi, and Testuo Mikami
  • Organizer: Plant Genome Evolution: A Current Opinion Conference
  • Place of Presentation: Amsterdam (The Netherlands)
• [Presentation] テンサイOwen型細胞質雄性不稔性に作用する稔性回復遺伝子Rf2座の塩基配列解析と遺伝子予測解析
  • Author(s): 本間雄二朗、田口和憲、樋山肇、栗野里香、浜田宏之、久保友彦、 三上哲夫
  • Organizer: 日本遺伝学会第85回大会
  • Place of Presentation: 慶應義塾大学日吉キャンパス（横浜市）
• [Presentation] 花粉形成をめぐって生ずるミトコンドリアとのコンフリクトを、核はどうやって解消するか：テンサイ（サトウダイコン）の事例
  • Author(s): 久保友彦
  • Organizer: 日本遺伝学会第85回大会
  • Place of Presentation: 慶應義塾大学日吉キャンパス（横浜市）
  • Invited
• [Presentation] テンサイ細胞質雄性不稔の花粉稔性回復は核遺伝子型背景の影響を受ける
  • Author(s): 鏡豊代、倉田昌幸、村松亜季、荒河匠、三上 哲夫、久保 友彦
  • Organizer: 日本育種学会第124回講演会
  • Place of Presentation: 鹿児島大学（鹿児島市）
• [Presentation] テンサイOwen型細胞質雄性不稔性に働くRf2座の遺伝子予測解析と特徴づけ
  • Author(s): 本間雄二朗、田口和憲、樋山肇、栗野里香、浜田宏之、久保友彦、三上哲夫
  • Organizer: 日本育種学会124回
  • Place of Presentation: 鹿児島大学（鹿児島市）
• [Presentation] ミトコンドリア異常に起因する花粉不稔葯におけるプログラム細胞死に関与する遺伝子の発現
  • Author(s): 石橋裕也、栗野里香、鏡豊代、小野克、久保友彦
  • Organizer: 第36回分子生物学会年会
  • Place of Presentation: 神戸ポートアイランド（神戸市）
• [Presentation] 被子植物進化の過程で核へ移行したミトコンドリアリボソームタンパク質遺伝子S19：翻訳産物の輸送能獲得に関連するアミノ酸残基の同定
  • Author(s): 松永 宗幸、高橋愛也、栗野里香、三上哲夫、久保友彦
  • Organizer: 第36回分子生物学会年会
  • Place of Presentation: 神戸ポートアイランド（神戸市）
• [Presentation] テンサイOwen型細胞質雄性不稔性における新規の花粉稔性回復現象とPPR遺伝子に関連はあるか？
  • Author(s): 本間雄二朗、田口和憲、樋山肇、栗野里香、浜田宏之、久保友彦、三上哲夫
  • Organizer: 第36回分子生物学会年会
  • Place of Presentation: 神戸ポートアイランド（神戸市）
• [Book] Frontiers of Agricultural Science (2015)
  • Author(s): Kubo, T (3.3.3 Sugar beetを担当, pp. 87-88)
  • Total Pages: 277
  • Publisher: Shoukadoh Book Sellers
• [Book] Sugar Beet (Beta vulgaris L.) in Agrobacterium Protocols (Methods in Molecular Biology) (2014)
  • Author(s): Kagami H, Kurata M, Matsuhira H, Taguchi K, Mikami T, Tamagake H, Kubo T
  • Publisher: Springer