2017 Fiscal Year Annual Research Report
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
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16H04854
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| Research Institution | Tohoku University |
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Principal Investigator |
渡辺 正夫 東北大学, 生命科学研究科, 教授 (90240522)
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| Project Period (FY) |
2016-04-01 – 2019-03-31
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| 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 |
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| 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遺伝子の実態解明が行われてきた。一方で、SRK、MLPKの下流因子は世界的研究にも関わらず、未解明のままである。この未解明下流因子の解明は、自家不和合性を利用した採種、育種学的に重要であるだけでなく、植物科学における細胞内情報伝達の分子レベルでの理解にも貢献でき、将来的な分子育種の可能性も秘めている。
これまでの申請者による研究から下流因子が機能しなくなった可能性がある自家和合性(SC)系統を単離し、その染色体上の一の同定を行ってきた。本研究では、このSC系統を材料として、QTL解析、NGSを用いたゲノム解析を融合し、S遺伝子下流因子をコードする遺伝子の単離・解析を目標とする。2つの変位系統、SC-a、SC-b系統は遺伝的に異なる遺伝子座の変異であることを同定しており、複数の下流因子を単離でき、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ことが期待される。これまでの多くの研究から自家不和合性と耐病性・植物免疫との類似性が見いだされており、この2つの点を融合したような研究の展開を目的とする。
本年度は、SC-a、SC-bの候補、候補遺伝子の機能解析を行った。SC-a系統では、RNAi法により、Bc-A1-1遺伝子の発現抑制系統を作成したところ、自家不和合性系統が自家和合性に変化した表現型が観察された。完全な和合性とは異なる表現型であったことから、異なる手法で遺伝子破壊を完全に行うことが重要であると判断した。SC-b系統では、A7染色体上のS遺伝子座周辺に大きなQTL候補領域を見いだし、RAD-seqにおいても、同様の結果を得ることができた。しかしながら、自家和合性とS遺伝子の連関が完全一致しないことから、S遺伝子に極めて近いところに和合性因子があることを結論づけ、論文作成に取りかかることとした。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
SC-a系統については、ターゲットしてあったBc-A1-1遺伝子の発現抑制により、自家和合性に表現型の変化が見られたことから、結論に近づいていると判断できる。加えて、最終年度はCRISPER/Cas9に遺伝子編集により、完全な遺伝子発現抑制を行うことにより、遺伝子機能が明確になると判断した。SC-b系統については、S遺伝子座の近傍ということから、詳細なmappingが困難と判断し、これまでの結論で論文として、まとめることにした。
さらに、自家不和合性に関連した研究成果を発表(謝辞に本科研費の科研費番号記載あり)できたことは、この研究の1つの発展型と考えている。また、50件を超えるアウトリーチ活動を今年度も展開し、仙台市より感謝状を贈呈され、社会貢献面でも評価されている。
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| Strategy for Future Research Activity |
SC-a系統では、RNAi法によりBc-A1-1遺伝子の遺伝子発現抑制で、自家不和合性が自家和合性に変化したと推定される系統の自殖次代について、表現型解析を実施する。さらに、RNAiでは、遺伝子発現抑制が十分でない可能性があることから、CRISPER/Cas9によりBc-A1-1遺伝子の遺伝子編集を行い、完全に遺伝子発現がない系統を作出し、Bc-A1-1遺伝子が最終的な原因遺伝子であることを証明する。
SC-b系統では、これまでの2年間の結果をまとめて、論文投稿の準備を開始しており、今年度中の学会誌への発表を行う。
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| Remarks |
なお、アウトリーチ活動については、http://www.ige.tohoku.ac.jp/prg/watanabe/activty/delivery/, http://www.ige.tohoku.ac.jp/prg/watanabe/activty/cat136/
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[Journal Article] Duplicated pollen-pistil recognition loci control intraspecific unilateral incompatibility in Brassica rapa2017
Author(s)
Takada, Y., Murase, K., Shimosato-Asano, Y., Sato, T., Nakanishi, H., Suwabe, K., Shimizu, K. K., Lim, Y.-P., Takayama, S., Suzuki, G., and Watanabe M.
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Journal Title
Nature Plants
Volume: 3
Pages: 17096
DOI
Peer Reviewed / Int'l Joint Research
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[Presentation] Novel unilateral incompatibility in Brassica rapa is regulated by duplicated self-incompatibility genes, PUI1 and SUI1.2018
Author(s)
Takada, Y., Murase, K., Shimosato-Adano, H., Sato, T., Nakanishi, H., Suwabe, K., Shimizu, K. K., Lim, Y. P., Takayama, S., Suzuki, G., and Watanabe, M.
Organizer
International Plant & Animal Genome XXVI,
Int'l Joint Research / Invited
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[Presentation] Identification and characterization of the novel pollen-stigma recognition factors for unilateral incompatibility in Brassica rapa.2017
Author(s)
Takada, Y., Murase, K., Shimosato-Adano, H., Sato, T., Nakanishi, H., Suwabe, K., Shimizu, K. K., Lim, Y. P., Takayama, S., Suzuki, G., and Watanabe, M.
Organizer
Taiwan-Japan Plant Biology 2017
Int'l Joint Research / Invited
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[Presentation] Brassica rapaの種内一側性不和合性を制御するSUI1-PUI1遺伝子2017
Author(s)
高田美信, 鈴木剛, 村瀬浩司, 浅野(下里)裕子, 佐藤陽洋, 中西ほのか, 諏訪部圭太, Lim Yong Pyo, 清水健太郎, 高山誠司, 渡辺正夫
Organizer
日本植物細胞分子生物学会
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[Presentation] 自己花粉を認識するリガンド・レセプター遺伝子セットの重複が非自己花粉の拒絶を引き起こす2017
Author(s)
高田美信, 鈴木剛, 中西ほのか, 村瀬浩司, 浅野(下里)裕子, 佐藤陽洋, 諏訪部圭太, Lim Yong Pyo, 清水健太郎, 高山誠司, 渡辺正夫
Organizer
日本遺伝学会
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[Presentation] Brassica rapaのA04染色体には新規生殖障壁遺伝子が存在する2017
Author(s)
高田美信, 中西ほのか, 村瀬浩司, 浅野(下里)裕子, 佐藤陽洋, Yong Pyo Lim, 清水健太郎, 高山誠司, 諏訪部圭太, 鈴木剛, 渡辺正夫
Organizer
日本染色体学会
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[Presentation] Brassica rapaの種内一側性不和合性を支配する花粉・柱頭認識因子の決定.2017
Author(s)
高田美信, 村瀬浩二, 浅野(下里)裕子, 佐藤陽洋, 中西ほのか, 諏訪部圭太, Lim Yong Pyo, 清水健太郎, 高山誠司, 鈴木剛, 渡辺正夫
Organizer
日本育種学会第132回講演会
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[Presentation] ABA-mediated stress response mechanism modulates stigmatic papillae development in Arabidopsis thaliana.2017
Author(s)
Egusa, W., Takeda, S., Ochiai, K., Morimoto, H., Kagaya, Y., Suzuki, G., Watanabe, M., and Suwabe, K.
Organizer
Global Conference on Plant Science and Molecular Biology
Int'l Joint Research
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