合成８倍体コムギ成立に関わる交雑種子形成の成否決定機構の解明

• Project Area: Determining the principles of the birth of new plant species: molecular elucidation of the lock-and-key systems in sexual reproduction
• Project/Area Number: 17H05842
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research on Innovative Areas (Research in a proposed research area)
• Allocation Type: Single-year Grants
• Review Section: Biological Sciences
• Research Institution: Kobe University
• Principal Investigator: 宅見 薫雄 神戸大学, 農学研究科, 教授 (50249166)
• Project Period (FY): 2017-04-01 – 2019-03-31
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2018)
• Budget Amount: ¥9,360,000 (Direct Cost: ¥7,200,000、Indirect Cost: ¥2,160,000); Fiscal Year 2018: ¥4,680,000 (Direct Cost: ¥3,600,000、Indirect Cost: ¥1,080,000); Fiscal Year 2017: ¥4,680,000 (Direct Cost: ¥3,600,000、Indirect Cost: ¥1,080,000)
• Keywords: 生殖隔離 / 異質倍数性進化 / ゲノム解析 / 種間交雑 / 遺伝学 / ゲノム

Outline of Annual Research Achievements

高等植物では異質倍数性進化が新たな種の成立において重要な原動力となっているが、２つの異なる近縁種間の雑種形成がそのスタートとして重要であり、発芽可能な交雑種子の形成は必須である。コムギ・エギロプス属は種間交雑と異質倍数性進化によって過去に何度も新種を誕生させてきた。しかし、近縁種のゲノムは２倍体レベルで分化しており、全ての交雑組み合わせで自由に雑種が作出できるわけではない。二粒系コムギに近縁４倍種を交雑した場合、交雑種子が正常に形成されるかどうかのレベルで顕著な生殖隔離が認められ、このことがいくつかの近縁４倍体種がパンコムギの親になれなかった理由だと考えられる。本研究では、二粒系コムギと近縁４倍種の交雑に着目し、交雑種子形成の成否を決める要因をトランスクリプトームの比較解析と発現プロファイルのパターン解析から解明することを目的としている。
平成30年度は、二粒系コムギ品種に４倍体エギロプスAegilops triuncialisの花粉を交雑して交雑種子形成能を評価したところ、調べた全ての系統で交雑種子が無胚となった。Aegilops triuncialisはUUCCゲノムを持つが、Aegilops cylindricaと同様、Cゲノムを有した場合、無敗交雑種子が多発することが明らかになった。二粒系コムギ品種に４倍体エギロプスAegilops cylindricaやAegilops variabilisの花粉を交雑してできる無胚種子については種子の発達段階を追ってRNA-seq解析を行ったところ、プラスチド形成やオーキシン応答に関係する遺伝子群の発現が異常になっていた。また、胚乳でインプリンティングを受けるとされている遺伝子の発現も異常になっていることがわかり、イネ等で報告されているインプリンティングの異常が無胚交雑種子の形成に関わっている可能性が示唆された。

Research Progress Status

平成30年度が最終年度であるため、記入しない。

Strategy for Future Research Activity

平成30年度が最終年度であるため、記入しない。

Research Products

• [Journal Article] Origin of wheat B-genome chromosomes inferred from RNA sequencing analysis of leaf transcripts from section Sitopsis species of Aegilops (2019)
  • Author(s): Miki Yuka、Yoshida Kentaro、Mizuno Nobuyuki、Nasuda Shuhei、Sato Kazuhiro、Takumi Shigeo
  • Journal Title: DNA Research Volume: 26 Issue: 2 Pages: 171-182
  • DOI: 10.1093/dnares/dsy047
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] RNA-seq analysis reveals considerable genetic diversity and provides genetic markers saturating all chromosomes in the diploid wild wheat relative Aegilops umbellulata (2018)
  • Author(s): Okada Moeko、Yoshida Kentaro、Nishijima Ryo、Michikawa Asami、Motoi Yuka、Sato Kazuhiro、Takumi Shigeo
  • Journal Title: BMC Plant Biology Volume: 18 Issue: 1 Pages: 271-271
  • DOI: 10.1186/s12870-018-1498-8
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] RNA Sequencing-Based Bulked Segregant Analysis Facilitates Efficient D-genome Marker Development for a Specific Chromosomal Region of Synthetic Hexaploid Wheat (2018)
  • Author(s): Nishijima Ryo、Yoshida Kentaro、Sakaguchi Kohei、Yoshimura Shin-ichi、Sato Kazuhiro、Takumi Shigeo
  • Journal Title: International Journal of Molecular Sciences Volume: 19 Issue: 12 Pages: 3749-3749
  • DOI: 10.3390/ijms19123749
  • NAID: 120006551687
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Effect of the U genome on grain hardness in nascent synthetic hexaploids derived from interspecific hybrids between durum wheat and Aegilops umbellulata (2018)
  • Author(s): Okada Moeko、Ikeda Tatsuya M.、Yoshida Kentaro、Takumi Shigeo
  • Journal Title: Journal of Cereal Science Volume: 83 Pages: 153-161
  • DOI: 10.1016/j.jcs.2018.08.011
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Hybrid incompatibilities in interspecific crosses between tetraploid wheat and its wild diploid relative Aegilops umbellulata (2017)
  • Author(s): Okada Moeko、Yoshida Kentaro、Takumi Shigeo
  • Journal Title: Plant Molecular Biology Volume: 95 Issue: 6 Pages: 625-645
  • DOI: 10.1007/s11103-017-0677-6
  • NAID: 120006377644
  • Peer Reviewed
• [Presentation] RNA-seq BSA reveals the target region of hybrid incompatibility between tetraploid wheat and wild diploid wheat relative Aegilops umbellulata (2019)
  • Author(s): Moeko Okada, Kentaro Yoshida, Kazuhiro Sato and Shigeo Takumi
  • Organizer: The Plant and Animal Genome XXVII Conference
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] コムギ近縁種Aegilops umbellulataがもつ二粒系コムギとの間の雑種矮性原因遺伝子の遺伝解析 (2019)
  • Author(s): 岡田萌子、吉田健太郎、佐藤和広、宅見薫雄
  • Organizer: 日本育種学会第135回講演会
• [Presentation] Distinct features of hybrid growth abnormalities in interspecific crosses of two wild diploid wheat relatives to tetraploid wheat (2018)
  • Author(s): Shigeo Takumi, Moeko Okada, Kentaro Yoshida
  • Organizer: 25th International Congress on Sexual Plant Reproduction
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] RNA-seqデータに基づく一粒系コムギのゲノムワイド多型の検出とその利用 (2018)
  • Author(s): 道川麻美、吉田健太郎、佐藤和広、宅見薫雄
  • Organizer: 日本育種学会第133回講演会
• [Presentation] RNA-seqデータからみたエギロプス属Sitopsis節の種間関係とパンコムギBゲノムの起原 (2018)
  • Author(s): 三木祐香、吉田健太郎、佐藤和広、宅見薫雄
  • Organizer: 日本育種学会第133回講演会
• [Presentation] 二粒系コムギとAegilops umbelulataの交雑に由来する合成６倍体の穀粒硬度の解析 (2017)
  • Author(s): 岡田萌子、池田達哉、吉田健太郎、宅見薫雄
  • Organizer: 日本育種学会第132回講演会
• [Presentation] 二粒系コムギへの４倍性エギロプス花粉の交雑成功率に関する種間差異 (2017)
  • Author(s): 宅見薫雄、池田達哉
  • Organizer: 日本育種学会第132回講演会
• [Remarks] 神戸大学植物遺伝学研究室
  • URL: http://www.lab.kobe-u.ac.jp/ans-plantgenetics/index.html