2019 Fiscal Year Annual Research Report
Elucidation of genome-to-genome cross-talk mechanism in the flowering-time gene pathway of hexaploid wheat and its breeding use
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18H02180
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| Research Institution | Fukui Prefectural University |
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Principal Investigator |
村井 耕二 福井県立大学, 生物資源学部, 教授 (70261097)
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| Project Period (FY) |
2018-04-01 – 2021-03-31
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| Keywords | 倍数性 / 花成 / ゲノム間クロストーク / 転写因子 / エピジェネティック |
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| Outline of Annual Research Achievements |
１．日長反応性経路遺伝子群の遺伝子構造および塩基配列変異解析：CO-like遺伝子の一つであるTaHd1遺伝子において、早生型タルホコムギと晩生型タルホコムギでアミノ酸配列に変異があるという成果を得た。そこで、早生型合成パンコムギと晩生型合成パンコムギ間の組換え近交系（NILs）における出穂期データと遺伝子型解析を行った。その結果、TaHd1遺伝子のアミノ酸変異は、合成パンコムギにおける早晩性と関係がないことが示唆された。WCO1遺伝子とWFT遺伝子のジェノタイピングの結果と総合的に考察することにより、当初の予測通り、WCO1のエピジェネティック制御機構が合成パンコムギの早晩性に関与する可能性が高いことが示された。
２．日長反応性経路遺伝子群の発現解析：４倍体マカロニコムギLangdon、早生型および晩生型タルホコムギ系統、早生型および晩生型合成６倍体コムギ系統における日長反応性経路遺伝子群の遺伝子発現パターンの変異をリアルタイムPCR法により解析した結果、WCO1の上流に位置するTaGIについては発現変化がないことが明らかとなった。この結果も、WCO1のエピジェネティック制御機構が重要であることを裏付ける。
３．エピジェネティック変異の解析：遺伝子発現パターンの変化がエピジェネティック制御であるかどうかを調べるため、早生型と晩生型で発現変異のあるWCO1について、DNAメチル化解析（バイサルファイト法）を行った。その結果、早生型タルホコムギと晩生型タルホコムギ間で、WCO1遺伝子のプロモーター領域に、それぞれ特異的なシトシンのメチル化部位が存在す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
パンコムギのような倍数体種では、転写因子と標的遺伝子の「連なり」からなる形質発現制御機構において、ゲノムをまたいだ転写因子と標的遺伝子間の相互作用(ゲノム間クロストーク)が生じており、これが、倍数体種に多様性を付与し、倍数体種が２倍体種よりも広域適応性、高生産性、高ストレス耐性を示す一要因であると考えられる。本研究では、マカロニコムギ(４倍体、ゲノム構成AABB)に、早生あるいは晩生のタルホコムギ(２倍体、ゲノム構成DD)を交雑して得られた出穂性の異なる２種類の合成６倍体コムギ(ゲノム構成AABBDD)を材料に用い、Dゲノム上の花成(栄養成長から生殖成長への移行)に関与する遺伝子が、どのようにしてAおよびBゲノムの遺伝子を制御し、合成６倍体コムギの花成(出穂性)が決定されるのか、６倍体コムギの花成遺伝子経路におけるゲノム間クロストーク機構の実態を解明し、育種的利用を図る。これまでの研究により、合成６倍体パンコムギにおいて、異なるDゲノムの何らかのゲノム間クロストーク作用により、AおよびBゲノムのWCO1の発現パターンが変化したことが明らかとなった。最終年度に向けて、順調に研究は進捗していると判断できる。
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| Strategy for Future Research Activity |
１．日長反応性経路遺伝子群の遺伝子構造および塩基配列変異解析
これまでに、早生型と晩生型タルホコムギ間で、WCO1にはアミノ酸変異がないが、TaHd1およびWFTでは、アミノ酸変異があることを明らかにした。そこで、早生型合成パンコムギと晩生型合成パンコムギ間の組換え近交系（NILs）を用いて、TaHd1アミノ酸変異が合成パンコムギにおける早生性に関与するかを調査する。さらに、合成パンコムギのTaHd1/WCO1遺伝子が、AゲノムとBゲノムはマカロニコムギと、Dゲノムはタルホコムギと遺伝子構造や塩基配列が同一で、倍数化によって変化していないことを確認する。
２．エピジェネティック変異の解析
遺伝子発現パターンの変化がエピジェネティック制御（DNAのメチル化、ヒストンの化学的修飾）であるかどうかを調べるため、早生型と晩生型で発現変異のある遺伝子について、DNAメチル化解析（バイサルファイト法）を行う。これまでに、早生型と晩生型タルホコムギ間で、WCO1に発現量の大きな差異があり、それがWFTの発現量の差異の原因であることを明らかにした。さらに、バイサルファイト解析の結果、早生型タルホコムギでは晩生型タルホコムギと比較して、プロモーター領域に特異的なDNAメチル化が存在することを明らかにした。そこで、早生型および晩生型合成パンコムギのWCO1遺伝子プロモーター領域のDNAメチル化を調査し、異なるDゲノムの作用により、合成パンコムギにおいて、エピジェネティックなゲノム間クロストークが生じていることを証明する。
３．ゲノム間クロストーク機構の育種的利用
早生型合成パンコムギを１回親とし、「ゆきちから」を反復親として育成中の戻し交雑系統について、早生型タルホコムギ由来のDゲノムからのゲノム間クロストーク機構により、「ゆきちから」が早生化しているのかを解析する。
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[Journal Article] Introgression of chromosomal segments conferring early heading date from wheatdiploid progenitor, Aegilops tauschii Coss., intoJapanese elite wheat cultivars.2020
Author(s)
Takumi, S., S. Mitta, S. Komura, T. M., Ikeda, H. Matsunaka, K. Sato, K. Yoshida and K. Murai
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Journal Title
PLOS ONE
Volume: ー
Pages: 1-19
DOI
Peer Reviewed / Open Access
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