Isolation and chracterization of the gene for improve the stomatal conductance in rice

2022 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 18K05585
• Research Institution: National Agriculture and Food Research Organization
• Principal Investigator: 上田 忠正 国立研究開発法人農業・食品産業技術総合研究機構, 作物研究部門, 主任研究員 (80355750)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 安達 俊輔 東京農工大学, (連合)農学研究科(研究院), 准教授 (30717103)
• Project Period (FY): 2018-04-01 – 2023-03-31
• Keywords: 光合成速度 / 気孔伝導度 / マップベースクローニング / ゲノム編集 / 準同質遺伝子系統 / タカナリ / コシヒカリ

Outline of Annual Research Achievements

イネの高光合成品種「タカナリ」由来で気孔伝導度を高まった結果、光合成速度が上昇する遺伝子(qHP10)を単離するため、マップベースクローニングを行なった。昨年の結果からqHP10の候補遺伝子はマップカイネース遺伝子（OsMPK4)が候補遺伝子であることが分かった。この遺伝子のタバコのホモログであるNTMPK4をサイレンシングにより発現を抑えたタバコ個体では気孔が広がり、光合成速度が上昇することが既に知られていた。よって本年は「コシヒカリ」のOsMPK4をゲノム編集によりノックアウト系統を作成し、光合成速度を測定することにより証明することとした。しかしOsMPK4はイネの生育に必須の遺伝子で、ノックアウト個体は得られないことがその既に報告されていたため、T1世代でOsMPK4が壊れた遺伝子座と正常の遺伝子座を持つヘテロ個体を選抜し、「コシヒカリ」と光合成速度を測定した。その結果ヘテロ個体は「コシヒカリ」と比べ高い光合成速度を示したことより、OsMPK4はqHP10の原因遺伝子であると結論した。「タカナリ」と「コシヒカリ」のOsMPK4の塩基配列の比較ではエクソン領域には変異は見られなかったため、今後詳細な発現解析を行う。また「コシヒカリ」とqHP10に関する準同質遺伝子系統（遺伝背景が「コシヒカリ」で、qHP10領域のみが「タカナリ」型を示す系統；NIL-qHP10)の収量を比較したところ、NIL-qHP10はコシヒカリに比べ、収量が高く、整粒歩合が高かった。これより、光合成能力を上げることにより、収量・玄米品質の向上が図れることが分かった。