日本水稲の重要遺伝子とは？

2015 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 15H04436
• Research Institution: Kobe University
• Principal Investigator: 山崎 将紀 神戸大学, (連合)農学研究科(研究院), 准教授 (00432550)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 梶 亮太 国立研究開発法人農業・食品産業技術総合研究機構, その他部局等, 上席研究員 (40414809) ; 横上 晴郁 国立研究開発法人農業・食品産業技術総合研究機構, その他部局等, 主任研究員 (10355307) ; 前田 英郎 国立研究開発法人農業・食品産業技術総合研究機構, その他部局等, 上席研究員 (40442751) ; 出田 収 国立研究開発法人農業・食品産業技術総合研究機構, その他部局等, 上席研究員 (40414651) ; 片岡 知守 国立研究開発法人農業・食品産業技術総合研究機構, その他部局等, 主任研究員 (20355308)
• Project Period (FY): 2015-04-01 – 2019-03-31
• Keywords: 育種学 / イネ / 農業形質 / ゲノムワイドアソシエーション解析(GWAS) / 重要遺伝子 / 適応遺伝子 / QTL(量的形質遺伝子座)

Outline of Annual Research Achievements

現在の日本水稲品種群の育成に貢献した遺伝子（重要遺伝子）と日本の各地に適応した遺伝子（適応遺伝子）を同定し、日本水稲育種の歴史ならびに地域や気候への適応性を遺伝子レベルで解明していくことを目的とする。日本水稲品種群のうち作付け上位の品種および育成の母本として利用され、最近の育成されたものも含めた143品種を日本全国６箇所で栽培して各農業形質を測定し、ゲノムワイドアソシエーション解析(Genome-wide association studies)を行い、重要遺伝子や適応遺伝子を探索した。
幾つかの既知の遺伝子が同定されたが、未知のQTL(量的形質遺伝子座: Quantitative trait locus)の存在も示唆された。各農業形質は複数箇所ならびに複数年計測されているので、遺伝子もしくはQTLの環境変動も確認された。本集団は3,000を超えるDNAマーカーによる遺伝子型が決定されたため、GWASの利点である複数の対立遺伝子を扱うことができ、１年程度で候補となるQTLもしくは遺伝子を絞り込むことができた。一方、GWASの欠点として集団構造や家計構造を考慮したGWAS解析が出来るようになったが、偽陽性検出の克服には限界があり、GWASのピークが原因遺伝子と大きく異なることがあった。GWASの結果から重要遺伝子や適応遺伝子の候補が見出された。また、各品種や系統の系譜情報を収集し、重要遺伝子や適応遺伝子を同定するための集団遺伝学的手法の準備ができた。

Current Status of Research Progress

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

Reason

本研究は初年度だったが、日本水稲品種群１４３品種を栽培し、農業形質の調査は完遂した。しかしながら、その作業コストや労力は大きいものなので、各農業形質の調査の効率化を今後考えていく必要がある。遺伝解析も順調にすすんでいる。

Strategy for Future Research Activity

農業形質の調査の効率化のために、各試験地に適合したICT化を考えていく。今年度のGWASの結果を確認するために、来期も同じ日本水稲品種群を調査して、農業形質のGWASを実施するだけでなく、交雑集団を使ったQTL解析も実施していく。さらに系譜情報や集団遺伝学的手法により重要遺伝子や適応遺伝子を同定していく。これまでの結果や情報と来年度以降生み出される結果や情報は今後の遺伝解析だけでなく、各品種の生育予測やゲノミックセレクションにも利用できると考えられる。

Research Products

• [Int'l Joint Research] アメリカ農務省農業研究部門（USDA-ARS）(米国)
  • Country Name: U.S.A.
  • Counterpart Institution: アメリカ農務省農業研究部門（USDA-ARS）
• [Journal Article] Natural variation in the glucose content of dilute sulfuric acid-pretreated rice straw liquid hydrolysates: implications for bioethanol production. (2016)
  • Author(s): Goda, T., H. Teramura, M. Suehiro, K. Kanamaru, H. Kawaguchi, C. Ogino, A. Kondo, M. Yamasaki
  • Journal Title: Bioscience, Biotechnology, and Biochemistry Volume: 80 Pages: 863-869
  • DOI: :10.1080/09168451.2015.1136882
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Uncovering a nuisance influence of phenological traits using a nonlinear structural equation: application to days to heading and culm length in Asian cultivated rice (Oryza sativa L.). (2016)
  • Author(s): Onogi, A., O. Ideta, T. Yoshioka, K. Ebana, M. Yamasaki and H. Iwata
  • Journal Title: PLOS One Volume: 11(2) Pages: e0148609
  • DOI: :10.1371/journal.pone.0148609
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Presentation] GWAS解析を用いたイネ農業関連遺伝子の単離 (2016)
  • Author(s): 竹内秀征・矢野憲司・安益公一郎・胡麗・山崎将紀・吉田晋弥・平野恒・北野英巳・松岡信
  • Organizer: 日本育種学会第１２９回大会
  • Place of Presentation: 横浜市立大学（ 神奈川県横浜市）
  • Year and Date: 2016-03-21 – 2016-03-22
• [Presentation] 日本水稲品種群を使った農業形質の遺伝解析. (2016)
  • Author(s): 山崎将紀・出田収・前田道弘・岩田洋佳・堀清純・江花薫子・横山若菜・吉岡拓磨・Arturo Garcia・片岡知守・梶亮太・横上晴郁・前田英郎・村田和優・中川博視・土井一行
  • Organizer: 日本育種学会第１２９回大会
  • Place of Presentation: 横浜市立大学（ 神奈川県横浜市）
  • Year and Date: 2016-03-21 – 2016-03-22
• [Presentation] マルチタスクガウス過程によるブラックボックスモデリングを用いた出穂予測モデルの構築. (2016)
  • Author(s): 堀智明・青池亨・小野木章雄・出田収・吉岡拓磨・江花薫子・山崎将紀・中川博視・岩田洋佳
  • Organizer: 日本育種学会第１２９回大会
  • Place of Presentation: 横浜市立大学（ 神奈川県横浜市）
  • Year and Date: 2016-03-21 – 2016-03-22
• [Presentation] バイオリファイナリー利用に向けた稲わら希硫酸前処理後グルコース含量の自然変異 (2015)
  • Author(s): 合田喬・寺村浩・末廣美紀・金丸研吾・川口秀夫・荻野千秋・近藤昭彦・山崎将紀
  • Organizer: 第492回日本農芸化学会関西支部例会
  • Place of Presentation: 神戸大学（ 兵庫県神戸市）
  • Year and Date: 2015-12-05
• [Presentation] 遺伝子ベース作物モデルで未知環境における後代集団の出穂を予測する. (2015)
  • Author(s): 青池亨・渡部真哉・小野木章雄・出田収・吉岡拓磨・江花薫子・山崎将紀・中川博視・岩田洋佳
  • Organizer: 日本育種学会第１２８回大会
  • Place of Presentation: 新潟大学（ 新潟県新潟市）
  • Year and Date: 2015-09-01 – 2015-09-12
• [Remarks] 研究テーマ 山崎将紀
  • URL: http://www2.kobe-u.ac.jp/~yamamasa/research.html
• [Remarks] 研究業績 山崎将紀
  • URL: http://www2.kobe-u.ac.jp/~yamamasa/publications.html
• [Remarks] 教員紹介 山崎将紀
  • URL: http://www.edu.kobe-u.ac.jp/ans-foodres/b_03_edu_01.html
• [Remarks] 神戸大学農学部インターゲノミクス研究会、研究紹介 山崎将紀
  • URL: http://www.research.kobe-u.ac.jp/ans-intergenomics/researcher7.html