2017 Fiscal Year Annual Research Report
Development of rice cultivars for phosphorus resource conservation
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16H04856
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| Research Institution | The University of Tokyo |
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Principal Investigator |
吉田 薫 東京大学, 大学院農学生命科学研究科(農学部), 教授 (70183994)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
佐々木 和浩 東京大学, 大学院農学生命科学研究科(農学部), 助教 (70513688)
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| Project Period (FY) |
2016-04-01 – 2020-03-31
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| Keywords | 環境保全型農業 / 枯渇資源 / リン欠 / 収量・バイオマス |
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| Outline of Annual Research Achievements |
1. 種子へのリン転流制御機構の解明：種子へのリン流入量の制御機構を明らかにするため、フィチン酸合成を制御するOsPGK1、フィチン酸の蓄積を制御するOsMRP13、イノシトール高次リン酸化合物合成酵素遺伝子OsVIP1の3つの遺伝子の発現を制御した組換えイネを作出したところ、OsPGK1の過剰発現により種子に含まれる全リン量、フィチン酸量ともに1.5倍に増加すること、OsMRP13の過剰発現により全リン量は1.4倍、フィチン酸量は1.7倍に増加すること、OsVIP1の発現抑制によりフィチン酸量は2.5倍に増加するものの全リン量は変化しないことが明らかとなった。また、人為的に一穂粒数を30%～70％に削減した個体を作り種子全リン量を調査したところ、全リン量は一穂粒数に影響を受けないことが明らかとなった。これにより、種子のリン量は種子ごとに制御されていることが強く示唆された。
2. 栄養器官でのリン転流制御機構の解明：酵母でリン欠応答調節に働くVIP1のイネホモログOsVIP1がイネのリン転流調節に関係するかを明らかにするため、発現抑制体を作出し調査したところ、リン欠条件で野生型では古葉から新葉へのリン転流が促進されるのに対し、抑制体では転流がほとんど起こらないことから、リン転流制御にイノシトール高次リン酸化合物が関与する可能性が高いことが示唆された。
3. 根のリン吸収制御機構の解明：リン欠応答の調節遺伝子であるOsPHR2を過剰発現させた組換えイネでは、リン吸収量が増加しリン過剰障害が起こり生育不良となることがわかった。
4. コアコレクションを用いた解析：イネコアコレクションを用いて、リン吸収・輸送能力、栄養器官におけるリン分配能力、種子へのリン転流能力を調査し、品種間差が大きいことを明らかにした。また、圃場での低リン条件適応能力にも大きな差があることが明らかとなった。
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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
計画の一部で遅れは見られるものの、一方で大きく進展している計画がある。例えば、「種子へのリン転流制御機構の解明」では、全リン量に加えてフィチン酸量も明らかにすることで、種子へのリン転流とフィチン酸合成・蓄積との関係を詳細に考察することが可能となった。また、「栄養器官でのリン転流制御機構の解明」では、植物で初めてリン欠乏時のリン転流にイノシトール高次リン酸化合物が関与する可能性を指摘できた。さらに、農業生物資源研究所のイネコアコレクションを用いた研究では、圃場でのサンプリング時期とサンプリング部位を厳密に定めること、及びリン吸収・輸送能力やリン転流能力を算出できる方法を考案することで各品種の特性を正確に見極めることが可能となった。それに基づき、GWA解析を行ったところ、収穫期のリン転流能力に影響するSNPマーカーをいくつか特定することに成功した。コアコレクションを用いた研究では、圃場での研究に加えて大規模な水耕栽培実験を実施し、栄養成長期のリン欠乏応答の品種間差を明らかにすることができた点も大きく進展した部分である。以上のことから、全体としては、概ね順調に進展していると判断した。
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| Strategy for Future Research Activity |
1. 種子へのリン転流制御機構の解明：コアコレクションを用いたGWA解析からフォスファターゼの関与が示唆された。この遺伝子は転流時の有機リンの分解に関与する可能性が指摘されているため、この遺伝子の欠損が種子リン濃度に影響するかを圃場レベルで検証する。
2. 栄養器官でのリン転流制御機構の解明：昨年度リン転流にイノシトール高次リン酸化合物が関与する可能性を指摘できたので、さらに確固とした証拠を得るため、VIP1以外のイノシトール高次リン酸化合物合成酵素KCS1イネホモログOsKCS1の発現を制御した組換えイネを作出し、リン転流への影響を明らかにしたい。また、イノシトール高次リン酸化合物の基質となるフィチン酸量が減少する変異体を用いて同様の試験を行うことも考えている。
3. 根のリン吸収制御機構の解明：昨年度OsPHR2の過剰発現によりリン吸収が促進され、リン過剰障害が起こることを示した。そこで、このリン過剰障害がフィチン酸の合成や蓄積を促進することで回避できるかを組換え体を作出して明らかにしたい。
4. コアコレクションを用いた解析：昨年度GWA解析から特定したいくつかのSNPマーカー近傍の遺伝子の解析をさらに進め、リン転流能力に関与する遺伝子を推定したいと考えている。さらに推定した遺伝子を欠損した変異体を取り寄せ、種子へのリン転流が影響を受けるかを確認することを視野に入れている。また、昨年度陸稲栽培で低リン条件とリン十分条件を創出し、低リン条件への応答にどのような品種間差があるかを明らかにしようとしたが、集中豪雨の影響で２条件をうまく維持できなかった。そこで、今年度は、両圃場間に波板を挿入することで、２条件を厳密に維持できるようにする計画を立てている。
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