2017 Fiscal Year Annual Research Report
Molecular mechanisms of phenotypic plasticity for abnormal growth in interspecific hybrids of wheat
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16H04862
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| Research Institution | Kobe University |
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Principal Investigator |
宅見 薫雄 神戸大学, 農学研究科, 教授 (50249166)
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| Project Period (FY) |
2016-04-01 – 2020-03-31
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| Keywords | 生殖隔離 / 高密度連鎖地図 / ゲノム解析 / 種間雑種 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
パンコムギ育種において、タルホコムギ等の近縁野生種からの病害抵抗性遺伝子や種子貯蔵タンパク質遺伝子の導入が図られているが、実際には種間の生殖隔離が障壁となっている。コムギ近縁種間で交雑を行うと種間雑種において「Grass clump dwarf（異常分げつ矮性）」と呼ばれる表現型がしばしば観察されるが、二粒系コムギとタルホコムギの種間雑種では低温下でtype IIネクローシス、常温下では異常分げつ矮性を示す。本研究ではこのような雑種生育異常の原因遺伝子の単離を目指す。
平成29年度は、この異常分げつ矮性のタルホコムギ側原因遺伝子Net2に加えて、ハイブリッドクロロシスのタルホコムギ側原因遺伝子Hch1の２つの遺伝子座について、最新のパンコムギ参照ゲノム情報を利用して、周辺領域の物理地図を作成した。さらにNet2やHch1に連鎖したマーカーを作成し、Hch1に関しては0 cMで連鎖する染色体領域を決定した。ハイブリッドクロロシス系統の幼苗葉の経時的なRNA-seq解析データと物理地図情報を合わせることで候補遺伝子を１つに絞り込んだ。Net2領域ではこれ以上密接連鎖した分子マーカーの作成が困難な領域があり、Net2を持つタルホコムギ系統では逆位等の染色体の構造変異が予想された。
また、二粒系コムギとAegilops umbellulataの種間雑種で見られる温度に影響されない異常分げつ矮性については、Ae. umbellulata 12系統のRNA-seq解析データからCAPS等の分子マーカーを任意の染色体領域に設定する系を構築した。さらに異常分げつ矮性を引き起こすAe. umbellulata系統と引き起こさない系統のF1の花粉を二粒系コムギに交雑して育成したマッピング集団のバルクRNAサンプルのRNA-seq解析によって、異常分げつ矮性原因遺伝子を染色体上に位置付けることを試みた。その結果、6U染色体に原因遺伝子が座乗することが期待された。
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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
当初の予定通り、タルホコムギがもつ二粒系コムギとの生殖隔離遺伝子のうち、異常分げつ矮性を伴うハイブリッドネクローシス(type II)のタルホコムギ側原因遺伝子Net2とtype IIとは異なるハイブリッドネクローシス(type III)のタルホコムギ側原因遺伝子Hch1について解析を進めた。平成29年にパンコムギ品種Chinese Springの参照ゲノム配列ver1が公開されたので、このゲノム情報を用いてNet2とHch1周辺領域をゲノム上に位置付けることができた。これらの領域に存在する遺伝子をリスト化し、さらに連鎖したマーカーを開発することができた。Hch1では候補遺伝子が見つかったが、Net2座周辺では構造変異が起こっている可能性が高かった。この構造異常をどのように乗り越えて、候補遺伝子を絞り込むかが課題となる。一方、Aegilops umbellulataの異常分げつ矮性では原因遺伝子の座乗領域が推定できた。今後、実際にこの領域を連鎖地図上に位置付けるとともに、ゲノム情報との対応関係を明らかにする必要がある。
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| Strategy for Future Research Activity |
異常分げつ矮性を示す系統と形態異常の見られない系統の幼苗葉から、Hch1で平成29年度に行ったのと同様に、異常分げつ矮性のDゲノム側原因遺伝子Net2についてもRNA-seq解析データを合わせることで、候補遺伝子の絞り込みを行えるはずである。ただ、PacBioなどのlong read解析によるNet2座周辺の次世代シークエンシング解析を行う必要があるか検討することも大切となる。
候補遺伝子が絞り込めたHch1については、候補遺伝子の発現解析と、異常分げつ矮性に直接関わったと思われる変異部位の推定をゲノム配列情報の比較から行う。その上で、Langdonの培養細胞に候補遺伝子を導入して細胞死が起こるかどうかをモニタリングしてHch1遺伝子の同定を行う
二粒系コムギとAegilops umbellulataの雑種で見られる異常分げつ矮性については、異常分げつ矮性を引き起こすAe. umbellulata系統と引き起こさない系統とのF1を二粒系コムギ品種Langdonに交雑した集団を利用して原因遺伝子周辺の分子マーカーを開発して連鎖地図を作成する。これまでのRNA-seq解析による多型情報が役に立つはずである。バルク解析データはさらに検討して、SNP indexから異常分げつ矮性原因遺伝子に最も密接連鎖した多型を特定し、密接連鎖したマーカーを開発する。
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