ソルガム子実収量の雑種強勢に機能するゲノムワイドな遺伝子ネットワークの解明

2017 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 17H01457
• Research Institution: The University of Tokyo
• Principal Investigator: 堤 伸浩 東京大学, 大学院農学生命科学研究科(農学部), 教授 (00202185)
• Project Period (FY): 2017-04-01 – 2020-03-31
• Keywords: ソルガム / 子実収量 / GWA・QTL解析

Outline of Annual Research Achievements

本年度においては，ソルガムにおける子実収量の雑種強勢に機能する遺伝的メカニズムの解明に向け，まず，穂・小穂・種子に関連した多様な形質（穂長，穂軸長，穂重，一穂種子重，種子数，種子重量，種子体積，胚・胚乳比率，一次枝梗長，一次枝梗数，一次分枝節数，小穂長，小穂幅，小穂葯長，小穂花柱長，小穂柱頭長，小穂柱頭幅，不稔小穂発達度合，不稔小穂長，不稔小穂小花梗長，止葉抽出期，出穂期，開花期など）について，遺伝資源や組換え近交系統を材料としたGWA解析やQTL解析をそれぞれ試行し，各形質に影響を及ぼす遺伝子座を網羅的に検出した．このうち，特に，不稔小穂の発達度合をはじめとした特定の小穂構造と関連する遺伝子座については，それらの周辺領域に存在する遺伝子の時空間的な発現パターンや，他のイネ科作物における相同遺伝子の機能に関する情報を手掛かりに，候補遺伝子の絞り込みに成功しており，それらの機能などについて，今後重点的に解析を進める予定である．また，遺伝資源のさらなるリシークエンスを通じたSNPs情報の高密度化や，組換え近交系統の親系統を対象としたロングリードシーケンスによるゲノム構造変異の収集を行い，ソルガムにおけるGWA・QTL解析の精度向上に向けた基盤整備を進めた．これらの結果は，イネ科作物の子実収量を規定する遺伝基盤の多様性や共通性の理解に資するだけでなく，子実型ソルガムにおける多収品種の精密かつ迅速な育成に利用可能な情報として高い価値を持つものと考えられる．

Current Status of Research Progress

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

Reason

前述の通り，本年度においては，ソルガムの子実収量に影響を及ぼす，穂や小穂，種子に関連した様々な形質について，網羅的なGWA解析やQTL解析を試行し，関連する遺伝子座を数多く検出するとともに，いくつかの遺伝子座については，候補遺伝子の絞り込みに成功した．これらソルガムの子実収量を規定する遺伝要因の特定に向けた解析については，その精密化や迅速化に資するゲノム情報の整備も含め，現在まで着実に進んでいる．一方，穂・小穂・種子形成過程の網羅的な遺伝子発現情報の整備は，予定よりやや遅れているものの，解析対象系統や栽培条件などを再検討したうえで，引き続き解析を進めている．

Strategy for Future Research Activity

次年度以降については，穂や小穂，種子形質の決定に関わる遺伝子や，それを軸とした遺伝的なネットワークを同定するため，まず，今年度の解析で絞り込んだ，複数の主働遺伝子の候補について，それらの時空間的発現パターンを精査するとともに，機能欠失および機能向上形質転換体を作成し，各種の形質や遺伝子発現プロファイルに現れる変化の有無を検証する．また，ソルガムにおける形質転換体の作成は，現在においても，技術的な難易度が非常に高いことから，優れた再分化能力を持つ系統の選抜や比較的簡便な形質転換法の確立についても，上記の解析と並行して試みる．仮に，やはり形質転換が困難であることが判明した場合には，他のイネ科作物を材料に，候補遺伝子の機能検定を進める予定である．

Research Products

• [Journal Article] ソルガムの茎糖液含量を規定する遺伝子 (2019)
  • Author(s): 藤本 優，佐塚隆志，米丸淳一，堤 伸浩
  • Journal Title: バイオサイエンスとインダストリー Volume: 77 Pages: 112～115
• [Journal Article] Root Cortex Provides a Venue for Gas-Space Formation and Is Essential for Plant Adaptation to Waterlogging (2019)
  • Author(s): Yamauchi T, Abe F, Tsutsumi N, Nakazono M
  • Journal Title: Frontiers in Plant Science Volume: 10 Pages: 259
  • DOI: doi: 10.3389/fpls.2019.00259
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Transcriptional switch for programmed cell death in pith parenchyma of sorghum stems (2018)
  • Author(s): Fujimoto M, Sazuka T, Oda Y, Kawahigashi H, Wu J, Takanashi H, Ohnishi T, Yoneda JI, Ishimori M, Kajiya-Kanegae H, Hibara KI, Ishizuna F, Ebine K, Ueda T, Tokunaga T, Iwata H, Matsumoto T, Kasuga S, Yonemaru JI, Tsutsumi N
  • Journal Title: Proceedings of the National Academy of Sciences Volume: 115 Pages: E8783～E8792
  • DOI: 10.1073/pnas.1807501115
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] The mitochondrial genome of an asymmetrically cell-fused rapeseed, Brassica napus, containing a radish-derived cytoplasmic male sterility-associated gene (2018)
  • Author(s): Arimura SI, Yanase S, Tsutsumi N, Koizuka N
  • Journal Title: Genes & Genetic Systems Volume: 93 Pages: 143～148
  • DOI: doi: 10.1266/ggs.18-00005
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] miRNAs control HAM1 functions at the single-cell-layer level and are essential for normal embryogenesis in Arabidopsis (2018)
  • Author(s): Takanashi H, Sumiyoshi H, Mogi M, Hayashi Y, Ohnishi T, Tsutsumi N
  • Journal Title: Plant Molecular Biology Volume: 96 Pages: 627～640
  • DOI: doi: 10.1007/s11103-018-0719-8
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Cold Treatment Induces Transient Mitochondrial Fragmentation in Arabidopsis thaliana in a Way that Requires DRP3A but not ELM1 or an ELM1-Like Homologue, ELM2 (2017)
  • Author(s): Arimura SI, Kurisu R, Sugaya H, Kadoya N, Tsutsumi N
  • Journal Title: International Journal of Molecular Sciences Volume: 18 Pages: 2161～2161
  • DOI: doi: 10.3390/ijms18102161
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Heap: a highly sensitive and accurate SNP detection tool for low-coverage high-throughput sequencing data (2017)
  • Author(s): Kobayashi M, Ohyanagi H, Takanashi H, Asano S, Kudo T, Kajiya-Kanegae H, Nagano AJ, Tainaka H, Tokunaga T, Sazuka T, Iwata H, Tsutsumi N, Yano K
  • Journal Title: DNA Research Volume: 24 Pages: 397～405
  • DOI: doi: 10.1093/dnares/dsx012
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] DRP3 and ELM1 are required for mitochondrial fission in the liverwort Marchantia polymorpha (2017)
  • Author(s): Nagaoka N, Yamashita A, Kurisu R, Watari Y, Ishizuna F, Tsutsumi N, Ishizaki K, Kohchi T, Arimura SI.
  • Journal Title: Scientific Reports Volume: 7 Pages: 4600
  • DOI: doi: 10.1038/s41598-017-04886-0
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] An NADPH Oxidase RBOH Functions in Rice Roots during Lysigenous Aerenchyma Formation under Oxygen-Deficient Conditions (2017)
  • Author(s): Yamauchi T, Yoshioka M, Fukazawa A, Mori H, Nishizawa NK, Tsutsumi N, Yoshioka H, Nakazono M
  • Journal Title: The Plant Cell Volume: 29 Pages: 775～790
  • DOI: doi: 10.1105/tpc.16.00976
• [Presentation] 遺伝子型×年次交互作用モデルによるソルガムのゲノムワイド関連解析 (2019)
  • Author(s): 石森 元幸, 高梨 秀樹, 藤本 優, 鐘ヶ江 弘美, 米田 淳一, 徳永 毅, 堤 伸浩, 岩田 洋佳
  • Organizer: 日本育種学会第135回講演会
• [Presentation] 多様な土壌水分環境に適応的なイネ科植物の根の解剖学的形質のモデル化 (2019)
  • Author(s): 山内 卓樹, 中園 幹生, 堤 伸浩
  • Organizer: 日本育種学会第135回講演会
• [Presentation] ピーカン遺伝資源のもつ可食部形態の多様性を画像とゲノムデータをもとに解析する (2019)
  • Author(s): 千々谷 涼介，坂本 莉沙，石森 元幸，高梨 秀樹，Kimberly Cervantes，永野 惇，鐘ケ江 弘美，L.J. Grauke，堤 伸浩，Jennifer J. Randall，岩田 洋佳
  • Organizer: 日本育種学会第135回講演会
• [Presentation] ソルガム毛状突起の先端構造に関する遺伝子座の探索 (2018)
  • Author(s): 三輪幸哉，七条光年，高梨秀樹，藤本優，鐘ケ江弘美，石森元幸，矢野健太郎，山崎清志，藤原徹，米田淳一，徳永毅，石綱史子，小童谷利恵，大西紀和，坂本亘，岩田洋佳，堤伸浩
  • Organizer: 日本育種学会第133回講演会
• [Presentation] ソルガム未熟胚の培養応答性に関するGWA 解析およびQTL 解析 (2018)
  • Author(s): 西村明日香，七条光年，三輪幸哉，高梨秀樹，藤本優，鐘ヶ江弘美，小林正明，矢野健太郎，小柴太一，徳永毅，岩田洋佳，坂本亘，堤伸浩ソルガム未熟胚の培養応答性に関するGWA 解析およびQTL 解析
  • Organizer: 日本育種学会第133回講演会
• [Presentation] 全ゲノムSNP を用いたGWAS におけるSNP-set 解析の可能性 (2018)
  • Author(s): 石森元幸, 鐘ケ江弘美, 山﨑清志, 高梨秀樹, 藤本優, 米田淳一, 徳永毅, 藤原徹,堤伸浩, 岩田洋佳
  • Organizer: 日本育種学会第133回講演会
• [Presentation] 輪郭形状のゲノミック予測のための定量化手法の比較 (2018)
  • Author(s): 坂本 莉沙，鐘ケ江弘美，野下浩司，石森元幸，小林正明，藤本 優，高梨 秀樹，永野 惇，佐塚隆志，矢野 健太郎，徳永 毅，堤 伸浩，岩田 洋佳
  • Organizer: 日本育種学会第133回講演会
• [Presentation] 高速ジェノタイピングによるテーラーメード育種 (2018)
  • Author(s): 堤伸浩
  • Organizer: 日本育種学会第134回講演会・ワークショップ植物科学は農業生産へいかに貢献するか～植物科学のこれから～
  • Invited
• [Presentation] Phenomics に適したQTL 解析手法の提案：ソルガムRIL 集団の葉形態を例に (2018)
  • Author(s): 坂本 莉沙, 藤本 優, 高梨 秀樹, 鐘ケ江 弘美, 野下 浩司, 小林 正明, 矢野 健太郎, 小童谷 利恵, 大西 紀和, 堤 伸浩, 坂本 亘, 岩田 洋佳
  • Organizer: 日本育種学会第134回講演会
• [Presentation] Large scale analysis of elemental composition in sorghum (2018)
  • Author(s): Yamasaki, K., Fujimoto, M., Yoneda, J., Koshiba, T., Ishimori, M., Takanashi, H., Kajiya-Kanegae, H., Iwata, H., Tsutsumi, N., Tokunaga, T., Fujiwara, T
  • Organizer: Sorghum in the 21st Century, Cape Town, South Africa
• [Presentation] Genome-Wide association studies and genomic prediction with 3,000 biomass sorghum plants (2018)
  • Author(s): Ishimori, M., Takanashi, H., Fujimoto, M., Kajiya-Kanegae, H., Yoneda, J., Yano, K., Tokunaga, T., Tsutsumi, N., Iwata, H
  • Organizer: Sorghum in the 21st Century, Cape Town, South Africa
• [Presentation] Mapping of QTLs associated with awn length in sorghum (2018)
  • Author(s): Takanashi, H., Kajiya-Kanegae H., Ishimori, M., Yano, K., Ohnishi, N., Fujiwara, T., Iwata, H., Sakamoto, W., Tsutsumi, N
  • Organizer: Sorghum in the 21st Century, Cape Town, South Africa
• [Presentation] ソルガム不稔小穂の発達度合に関するGWA 解析 (2017)
  • Author(s): 七条光年, 高梨秀樹, 藤本優, 鐘ケ江弘美, 石森元幸, 小林正明, 矢野健太郎, 山崎清志, 藤原徹, 米田淳一, 徳永毅, 岩田洋佳, 堤伸浩
  • Organizer: 日本育種学会第132回講演会
• [Presentation] ソルガム苞穎毛の先端構造に関する遺伝子座の探索 (2017)
  • Author(s): 三輪幸哉, 七条光年, 高梨秀樹, 藤本優, 鐘ケ江弘美, 石森元幸, 小林正明, 矢野健太郎, 山崎清志, 藤原徹, 米田淳一, 徳永毅, 小童谷利恵, 大西紀和, 坂本亘, 岩田洋佳, 堤伸浩
  • Organizer: 日本育種学会第132回講演会
• [Presentation] QTL解析に価値ある画像解析：ソルガムRIL集団の葉形態を例に (2017)
  • Author(s): 坂本莉沙,藤本優,高梨秀樹,鐘ケ江弘美,野下浩司,小林正明,矢野健太郎,七条光年,小童谷利恵,大西紀和,堤伸浩,坂本亘,岩田洋佳
  • Organizer: 日本育種学会第132回講演会
• [Presentation] ソルガム RIL 集団を用いた塩・浸透圧ストレス耐性に関する QTL 解析 (2017)
  • Author(s): 山内卓樹，高梨秀樹，藤本優，鐘ケ江弘美，石森元幸，小林正明，矢野健太郎，小童谷利恵，大西紀和，岩田洋佳，坂本亘，堤伸浩
  • Organizer: 日本育種学会第132回講演会
• [Remarks] ソルガムにおける乾汁性決定遺伝子の発見～糖やエタノールの生産性向上に関わる100年来の謎を解明～
  • URL: https://www.a.u-tokyo.ac.jp/topics/2018/20180828-1.html