2018 Fiscal Year Annual Research Report
Production of Super High-yielding Rice Plants for Environmental Conservation as the Green Evolution II
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16H06379
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| Research Institution | Tohoku University |
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Principal Investigator |
牧野 周 東北大学, 農学研究科, 教授 (70181617)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
小原 実広 国立研究開発法人国際農林水産業研究センター, 生物資源・利用領域, 主任研究員 (10455248)
鈴木 雄二 岩手大学, 農学部, 准教授 (80374974)
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| Project Period (FY) |
2016-05-31 – 2021-03-31
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| Keywords | イネ / 光合成 / 多収 / バイオマス |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究課題では、まずソース能強化として、Rubisco量を増減させた組換えイネを中心に、他の光合成機能因子を強化した形質を交配導入した多重組換え体を作製。同時にシンク能強化として、秋田63号由来の大粒QTLの高収量性効果の実証を含め準同質遺伝子系統を作出。それらについて、光合成とバイオマス生産評価に行い、開放系圃場試験に供し、窒素の施肥量を変えて圃場レベルでの収量・バイオマス調査等の実証試験を行う戦略で進めている。
研究の遂行は、当初の研究計画調書に従い、７つの課題に分けて進めている。課題１として、電子伝達系増強イネの作製とその評価試験。課題２にとして、Rubisco activase（RCA）増強イネの作製とその評価試験。課題３として、カルビン回路酵素増強イネの作製とその評価試験。課題４として、秋田63号由来のシンク拡大遺伝子の準同質遺伝子系統の作出と多収性の実証実験。課題５として、課題１、２および３で選抜した優良系統とRubisco量を増減組換えイネの交配種作製とその評価試験。課題６として、ソース能拡大イネへのシンク能強化遺伝子の導入を行い、課題７として、優良選抜系統の第一種使用圃場試験を実施。
以上、課題１と２は研究代表者の牧野周が担当し、課題３は研究分担者の鈴木雄二が担当、課題４は研究分担者の小原実広が担当し、課題５は牧野と鈴木が担当、課題６は牧野と小原が共同で担当し、課題７は牧野の担当で、全員で行っている。そして、各課題の進行状況に関しては、適時、連携研究者の前忠彦より助言を頂き、遂行している。
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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
課題１の電子伝達系増強イネの作製とその評価試験として、ヒメツリガゴケ由来のFLVタンパク質の遺伝子をイネの葉緑体で発現させたところ、炭酸固定など他の光合成機能を一切損なうことなく、電子伝達経路の機能が強化に結び付くことがわかった。現在、課題５への展開として、FLV導入-Rubisco過剰生産二重組換体イネの作製を進めている。
課題２と３のRubisco activase（RCA）およびカルビン回路酵素増強イネの作製では、RCAの過剰生産体イネ (約2倍)と抑制体イネ(0.3倍)を作製に成功。RCA抑制体では光合成速度低下が認められたが、過剰生産体イネでの光合成機能の向上は認めれなかった。カルビン回路酵素TKとSBPaseの増強も試み、前者は1.4-1.8倍、後者では1.8―2.0倍のものが作製されたが、光合成機能の向上は認められなかった。
課題４の秋田63号由来のシンク拡大遺伝子の準同質遺伝子系統の作出では、Rubisco機能増強イネの親品種である「能登ひかり」に大粒効果が実証された秋田63号GS3をめざし、GS3近傍のみが秋田63号の染色体をもち、それ以外の領域が能登ひかりの染色体をもつ準同質遺伝子系統（BC3F3世代）「大粒能登ひかり」を育成した。現在、課題６として、この「大粒能登ひかり」とRubisco過剰生産イネとの交配を行いF1個体を獲得している。
課題7の優良選抜系統の第一種使用圃場試験では、３か年の栽培の結果、完熟時において、窒素施肥が10 gN m-2以上の栽培区で、Rubisco過剰生産イネの乾物生産と玄米収量が15-22％及び20%-28%、それぞれ増加することが実証された。収量構成要素解析をしたところ、登熟歩合の改善が認められた。
このように限定された条件とはいえ、光合成機能の改善が増収に結び付く世界初の実例であり、大きくおおむね順調に進展している。
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| Strategy for Future Research Activity |
課題１－４はすでに終了し、１－３に関しては学術雑誌に公表済みである。今年度は、課題５－７に関して集中して行う。
課題５の他の光合成機能改善の優良系統とRubisco量を増減組換えイネの交配種作製とその評価では、FLV-導入Rubisco過剰生産イネの非破壊着用レベルでの光合成評価を行い、形質転換操作に伴う変異が認められる場合は親品種との戻し交配を進め、純化した優良交配系統を選抜する。FLV-導入-RCA増強-Rubisco過剰生産イネの三重組換体の作出を進め、同様の評価を行い、優良系統を選抜する。
課題６のソース能拡大イネへのシンク能強化遺伝子の導入では、「大粒能登ひかり」（BC3F3世代）とRubisco過剰生産イネと交配を進める。現在、F2獲得のための栽培を行っている。今年度は課題７でのほ場栽培実験を目指す。また、課題５で優良系統が得られ次第、交配を進める。
課題７の優良選抜系統の第一種使用圃場試験では、Rubisco過剰生産イネおよび抑制生産イネに関しては、引き続きほ場試験を進める。また、同時に準同質遺伝子系統「大粒能登ひかり」の栽培試験も進め、秋田63号由来のGS3大粒増収効果を実証する。「大粒能登ひかり」は遺伝子組換体ではないので、第一種使用規制対象外であるが、Rubisco過剰生産イネおよび抑制生産イネおよび、今後行う課題6で新たに作製される系統の対照材料ともなるので、隔離ほ場内の同一圃場で同一条件で栽培を行う。「大粒能登ひかり」を母胎とし、Rubisco過剰生産イネと交配に関しては、得られるF2種子数に限りがあるので、限定的な試験とはなるが、確実な評価ができる栽培系を工夫し、乾物生産能や収量性を評価したい。課題６で優良系統が得られた場合は、第一種使用承認申請にむけて、文部科学省が定める生物多様性評価試験を行う。
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[Presentation] Excess phosphorus declines the Rubisco activation state and inhibits photosynthesis in rice leaves.2018
Author(s)
Takagi, D., Tazoe, Y., Suganami, M., Ueda, A., Suzuki, Y., Makino, A
Organizer
International Symposium on Photosynthesis and Chloroplast Biogenesis
Int'l Joint Research
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