アブラナ科植物の自家不和合性と耐病性を制御する下流因子との共通性とクロストーク

2016 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 16H04854
• Research Institution: Tohoku University
• Principal Investigator: 渡辺 正夫 東北大学, 生命科学研究科, 教授 (90240522)
• Project Period (FY): 2016-04-01 – 2019-03-31
• Keywords: アブラナ科植物 / 遺伝学 / 育種学 / 自家不和合性 / 情報伝達 / 耐病性 / QTL解析 / バイオインフォマティクス

Outline of Annual Research Achievements

アブラナ科植物の自家不和合性研究では、S遺伝子機能解析に主眼が置かれ、S遺伝子の実態解明を行ってきた。一方で、SRK, MLPKの次に来る下流因子は、未解明である。未解明下流因子解明は、細胞内情報伝達の分子レベルでの理解だけでなく、自家不和合性を利用した採種、育種学でも重要である。
これまでの研究から自家和合性系統を単離し、遺伝子座を解明してきた。本研究では、SC系統を材料とし、QTL解析とNGSによるゲノム解析を組合せ、S遺伝子下流因子をコードする遺伝子の単離・解析を目的とする。SC-a, SC-b系統は遺伝的に異なる座位の変異であることから、複数因子を単離でき、これまでに単離された因子とのネットワークも理解できる。自家不和合性と植物の耐病性・免疫という類似した事象が見られる2つの現象を活性酸素誘導などの新規な切り口で、キナーゼ下流因子解明への新規な方法論を提起することを目的とする。
本年度は、初年度と言うことから、SC-a, SC-b系統について、遺伝子導入、RAD-seq法とQTL解析の融合、耐病性に関わる活性酸素検出など、可能な限りの手法について、国内外の研究室と共同研究(韓国・順天大、東京理大)を展開した。また、本研究と関連した論文(謝辞に科研費番号を記載したもの)を2報、発表した。
なお、今年度に実施したアウトリーチ活動は88件であり、こうした活動に対して、仙台市、今治市より感謝状を贈呈され、アウトリーチ活動という社会貢献でも評価された。

Current Status of Research Progress

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

Reason

SC-a系統について、リスクマネジメントとして、韓国・順天大との共同研究で表現型の変化を検討しつつ、その進展具合により、代表者の研究室でもRNAi法により遺伝子発現抑制個体の作成にチャレンジした。韓国・順天大ではうまく機能しなかったが、東北大では、いくつかのshootを得ており、個体になった時点で表現型を評価する体制ができあがりつつある。
SC-b系統については、QTL解析では遺伝子領域を狭めることが困難であったことから、次世代シークエンサーを活用したRAD-seq法により、表現型で、SI, SCに分離させた集団で解析を行い、候補領域をS遺伝子座周辺に絞り込みができた。
活性酸素発生を簡易的に測定するために、DAB染色を行ったが、和合性と不和合性の組合せで、染色に差異が見られなかったことから、他の手法の検討が必要であると、共同研究を行っている東京理大との協議で方向付けを行った。

Strategy for Future Research Activity

SC-a系統では、遺伝子発現抑制個体の表現型観察と、相補性検定のために遺伝子導入が可能な系統に遺伝子導入を試みる。相補性検定は、交雑により実施する。
SC-b系統では、次世代シークエンサーによるゲノム解析から、S遺伝子座周辺の構造解析を行い、SC-b系統の原因遺伝子を同定する。
活性酸素との関連性については、今年度はRbohH, RbohJ遺伝子の発現を調査し、和合性、不和合性での遺伝子発現の差異について、活性酸素の切り口での意義を明らかにする。

Remarks

なお、アウトリーチ活動については、以下のURL参照(http://www.ige.tohoku.ac.jp/prg/watanabe/activty/delivery/, http://www.ige.tohoku.ac.jp/prg/watanabe/activty/cat136/)

Research Products

• [Int'l Joint Research] チューリッヒ大学(スイス)
  • Country Name: SWITZERLAND
  • Counterpart Institution: チューリッヒ大学
• [Int'l Joint Research] 順天大学/忠南大学(韓国)
  • Country Name: KOREA (REP. OF KOREA)
  • Counterpart Institution: 順天大学/忠南大学
• [Journal Article] Characterization of two PEBP genes, SrFT and SrMFT, in thermogenic skunk cabbage (Symplocarpus renifolius). (2016)
  • Author(s): Ito-Inaba, Y., Masuko-Suzuki, H., Maekawa, H., Watanabe, M., and Inaba, T.
  • Journal Title: Sci. Rep. Volume: 6 Pages: 29440
  • DOI: 10.1038/srep29440
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Comparative analysis of microRNA profiles of rice anthers between cool-sensitive and cool-tolerant cultivars under cool-temperature stress. (2016)
  • Author(s): Maeda, S., Sakazono, S., Masuko-Suzuki, H., Taguchi, M., Yamamura, K., Nagano, K., Endo, T., Saeki, K., Osaka, M., Nabemoto, M., Ito, K., Kudo, T., Kobayashi, M., Kawagishi, M., Fujita, K., Nanjo, H., Shindo, T., Yano, K., Suzuki, G., Suwabe, K., and Watanabe, M.
  • Journal Title: Genes Genet. Syst. Volume: 91 Pages: 97-109
  • DOI: 10.1266/ggs.15-00056
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Identification of reference genes for quantitative expression analysis using large scale RNA-seq data of Arabidopsis thaliana and model crop plants. (2016)
  • Author(s): Kudo T, Sasaki Y, Terashima S, Matsuda-Imai N, Takano T, Saito M, Kanno M, Ozaki S, Suwabe K, Suzuki G, Watanabe M, Matsuoka M, Takayama S, Yano K
  • Journal Title: Genes Genet. Syst. Volume: 91 Pages: 111-125
  • DOI: 10.1266/ggs.15-00065
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Molecular characterization of genes encoding isoamylase-type debranching enzyme in tuberous root of sweet potato, Ipomoea batatas (L.) Lam. (2016)
  • Author(s): Nabemoto, M., Watanabe, R., Ohsu, M., Sato, K., Otani, M., Nakayachi, O, and Watanabe, M.
  • Journal Title: Plant Biotechnol. Volume: 33 Pages: 351-359
  • DOI: 10.5511/plantbiotechnology.16.0926a
  • Peer Reviewed / Open Access / Acknowledgement Compliant
• [Journal Article] Complex dominance hierarchy controlled by polymorphism of small RNAs and their targets. (2016)
  • Author(s): Yasuda, S., Wada, Y., Kakizaki, T., Tarutani, Y., Miura-Uno, E., Murase, K., Fujii, S., Hioki, T., Shimoda, T., Takada, Y., Shiba, H., Takasaki-Yasuda, T., Suzuki, G., Watanabe, M., and Takayama, S.
  • Journal Title: Nature Plants Volume: 3 Pages: 16206
  • DOI: 10.1038/nplants.2016.206
  • Peer Reviewed / Acknowledgement Compliant
• [Presentation] ABA-mediated flexibility of female stigmatic papillae development in Arabidopsis thaliana. (2017)
  • Author(s): Egusa W, Takeda S, Ochiai K, Morimoto H, Sakazono S, Osaka M, Nabemoto M, Kagaya Y, Suzuki G, Watanabe M, Suwabe K
  • Organizer: International Plant & Animal Genome XXV
  • Place of Presentation: San Diego, USA
  • Year and Date: 2017-01-14 – 2017-01-18
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Pollen-cysteine rich peptide CR3 regulates pollen germination in Arabidopsis thaliana. (2017)
  • Author(s): Morimoto H, Egusa W, Arakawa C, Masuko-Suzuki H, Suzuki G, Watanabe M, Suwabe K
  • Organizer: International Plant & Animal Genome XXV
  • Place of Presentation: San Diego, USA
  • Year and Date: 2017-01-14 – 2017-01-18
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] CR3, a pollen cysteine-rich peptide, induces pollen germination. (2016)
  • Author(s): Morimoto H, Egusa W, Arakawa C, Masuko-Suzuki H, Suzuki G, Watanabe M, Suwabe M
  • Organizer: The International Conference on Arabidopsis Research
  • Place of Presentation: Gyeongju, Korea
  • Year and Date: 2016-06-29 – 2016-07-03
  • Int'l Joint Research
• [Book] "植物の性", In "植物学の百科事典" (2016)
  • Author(s): 渡辺正夫
  • Total Pages: 802(466-467)
  • Publisher: 丸善出版
• [Remarks] 基盤研究(B) アブラナ科植物の自家不和合性と耐病性を制御する下流因子の共通性とクロストーク
  • URL: http://www.ige.tohoku.ac.jp/prg/watanabe/project-kiban-b-si/
• [Remarks] 対立遺伝子の組合せで優劣性が変化する分子メカニズムは低分子RNAで制御、世界初で証明
  • URL: http://www.ige.tohoku.ac.jp/prg/watanabe/news2/2016/12/24175651.php