2018 Fiscal Year Annual Research Report
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17H03756
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| Research Institution | Shizuoka University |
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Principal Investigator |
森田 明雄 静岡大学, 農学部, 教授 (20324337)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
荻野 暁子 国立研究開発法人農業・食品産業技術総合研究機構, 果樹茶業研究部門, 主任研究員 (70370567)
古川 一実 沼津工業高等専門学校, 物質工学科, 准教授 (90353151)
一家 崇志 静岡大学, 農学部, 准教授 (90580647)
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| Project Period (FY) |
2017-04-01 – 2020-03-31
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| Keywords | 茶 / ニコチン / 工芸作物 / 遺伝子組換え |
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| Outline of Annual Research Achievements |
これまでの研究により，茶葉から検出されたニコチンの起源については，内因性である可能性が高いことが示唆され，ジャスモン酸に応答してニコチン生合成が変動する傾向がみられた．そこで，ニコチン生合成とその共通の前駆体経路にあるポリアミン代謝に焦点を当て，代謝経路を活性化させるストレス条件下での応答性を調査した．ポリアミン類を増加させるカリウム (K) 欠乏処理し，ポリアミンおよびニコチン含量を定量したところ，K欠乏によりポリアミン合成経路の活性化とニコチン含量の増加がみられた．
次に，ニコチン生合成に関わる遺伝子群を単離するための基盤整備を行った．茶の遺伝資源を対象にRAD-seq解析によりSNPsを検出し，ゲノムワイドアソシエーション解析 (GWAS) による候補遺伝子の探索ができるプラットフォームを構築した．
一方，ボンバードメントメント法による外来遺伝子のチャゲノムへの組み込み機構を考察するため，撃ち込むベクターの形状について比較検討した．その結果，外来遺伝子の細胞への導入効率はベクターの形状に依存しない事が示唆され，外来ベクターは断片化されてゲノムへ組込まれる事が判明した．以上のことから，余剰配列のゲノムへの組込みが生じないPCR産物をベクターとして用い，形質転換個体の育成を行うことができる．また，アグロバクテリウム法ではカテキン類含量が多いほど，菌の感染能力が阻害されることがわかり，チャの形質転換では，一般的な植物の形質転換手法の検討のみならず，植物体内のカテキン含量の制御ならびにカテキン類の抗菌作用へ耐性を持つ菌株を選択することが，更なる最適化に寄与する可能性が示唆された．
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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
RAD-seq解析によりチャのSNPs整備が順調に進んでおり，多くの有益な情報を得ることができた．ニコチン含量の定量が順調に遂行できれば，ニコチン生合成に関わる遺伝分子の単離が期待できる．また，生理学的応答試験によりストレスやニコチン生合成と前駆体物質との関係性について明らかになりつつある．
チャ組換え体の作製については，ボンバードメント法およびアグロバクテリウム法による検討が概ね順調に進んでいる．ボンバードメント法によるチャ不定胚における外来遺伝子のゲノムへの挿入機構を明らかにできた．また，ベクターはクローニングの必要がないPCR産物であっても形質転換に支障をきたさない事が新たに判明した．本成果より，チャの二次胚形成の効率化と，目的遺伝子のみをコードしたベクターの使用によって，ボンバードメント法によるチャの形質転換を効率的に実施することができる．さらに，アグロバクテリウム法については実生苗を用いたin planta法により組換え体を得ることに成功し，アグロバクテリウムの感染効率に影響を及ぼす因子の特定も進んできた．
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| Strategy for Future Research Activity |
昨年度に引き続き，コアコレクション (遺伝資源) のニコチン含量の変動を調査するとともに，ニコチン生合成に関与する前駆体物質の投与試験，鍵物質と鍵遺伝子の推定を行なう．また，ニコチン合成酵素遺伝子のマッピングを進めるとともに，コアコレクションのニコチン含有量の多寡と各合成酵素遺伝子の遺伝子型に相関がないか検討する．
一方，本研究により開発した形質転換プロセスを用い，ニコチン生合成に関与する酵素タンパクや遺伝子のノックインやノックアウト変異体の作出を進め，ニコチン生合成に関わる遺伝要因を明らかにする．
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[Journal Article] Quantitative validation of nicotine production in tea (Camellia sinensis L.).2018
Author(s)
Ikka T, Yamashita H, Kurita I, Tanaka Y, Taniguchi F, Ogino A, Takeda K, Horie N, Hojo H, Nanjo F, Morita A.
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Journal Title
PLoS ONE
Volume: 13(4)
Pages: e0195422
DOI
Peer Reviewed / Open Access
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