分子生物学とQTL解析手法を用いたイネにおける窒素リサイクル機構の分子基盤

2003 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 14360035
• Research Institution: Tohoku University
• Principal Investigator: 山谷 知行 東北大学, 大学院・農学研究科, 教授 (30144778)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 佐藤 雅志 東北大学, 大学院・生命科学研究科, 助教授 (40134043)
• Keywords: イネ / QTL解析 / 窒素転流 / 遺伝子置換系統 / 穂重量 / 分げつ / グルタミン合成酵素 / DNAマーカー

Research Abstract

窒素リサイクルは、イネの生産性に直結する重要な機構である。この機構で鍵を握る、老化葉身のGSlと若い器官のNADH-GOGATに着目し、それぞれの量を決定している複数のQTLを染色体上にマッピングした。統計学的に検出されたQTLの存在や形質への効果を検証するために、QTLを含む約40cMの領域のみがKasalathホモ接合体に置換されたC-22と遺伝背景であるKoshihikariをガラス室と水田で育成した。その結果、Koshihikariに比較してC-22の分げつ数、穂数、穂重量はいずれも増加することが判明し、QTL効果を置換系統で確認することができた。C-22における、穂重量の増加は、穂数の増加に起因し、穂数の増加は、分げつ数の増加に起因していることが考えられた。
穂数を規定しているQTL領域を絞り込むために、C-22のKasalath置換領域を相補する染色体置換系統群(SLs)を9系統作成した。幼植物期の分げつの抽出割合に関して、SLsを用いて評価したところ、穂数を規定しているQTLは、マーカー2-S152と2-S173の間、6.7cMの領域に検出された。また、分げつの抽出割合と葉齢に正の相関関係が認められ、幼植物期の旺盛な成育が、栄養成長初期の分げつ数の増加につながったと推察された。さらに、QTLの形質に対する遺伝効果を高めるために、幼植物期の葉齢の違いに注目し、形質評価法を構築した。マーカー2-S152と2-S173の間での組み換え系統を選抜し、幼植物期の5葉の抽出割合に関して、組み換え系統を用いて評価したところ、穂数を規定しているQTLは、マーカー2-S193とS10844の間、1.8cMの領域に狭めることに成功した。さらに、穂数を規定している原因遺伝子の単離に向けて、分離集団11,484個体から、このマーカー間での組み換え体291系統を選抜した。

Research Products

• [Publications] Suenaga, A. et al.: "Constitutive expression of a novel-type ammonium transporter OsAMT2 in rice plants"Plant and Cell Physiology. 44(2). 206-211 (2003)
• [Publications] Hayakawa, T. et al.: "Organization and structure of ferredoxin-dependent glutamate synthase gene from rice plants"Plant Biotechnology. 20(1). 43-55 (2003)
• [Publications] Ishiyama, K. et al.: "Cell-type distinct accumulation of mRNA and protein for NADH-glutamate synthase in rice roots in response to the supply of NH_4^+"Plant Physiology and Biochemistry. 41(6-7). 643-647 (2003)
• [Publications] Sonoda, Y. et al.: "Distinct expression and function of three ammonium transporter genes(OsAMT1;1-1;3) in rice"Plant and Cell Physiology. 44(7). 726-734 (2003)
• [Publications] Takehisa, H. et al.: "Identification of quantitative trait loci for plant growth of rice in paddy field flooded with salt water"Field Crop Research. (in press). (2004)
• [Publications] Ishiyama, K. et al.: "Kinetic properties and ammonium-dependent regulation of cytosolic isoenzymes of glutamine synthetases in Arabidopsis"Journal of Biological Chemistry. (in press). (2004)
• [Publications] Yamaya, T., Oaks, A.: ""Nitrogen Acquisition and Assimilation in Higher Plants", Plant Ecophysiology Series, Eds.by stulen, I. and Amancio, S."Kluwer Academic Publisher, The Netherlands. 293 (2004)