2019 Fiscal Year Research-status Report
Studies about mechanism for pre-harvest sprouting resistance found in wild buckwheat
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18K05606
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| Research Institution | National Agriculture and Food Research Organization |
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Principal Investigator |
鈴木 達郎 国立研究開発法人農業・食品産業技術総合研究機構, 九州沖縄農業研究センター, グループ長 (00469842)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
原 貴洋 国立研究開発法人農業・食品産業技術総合研究機構, 九州沖縄農業研究センター, 上級研究員 (40355657)
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| Project Period (FY) |
2018-04-01 – 2021-03-31
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| Keywords | ソバ / 穂発芽 / メカニズム / 休眠 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本年度は「試験2：登熟～休眠打破過程の休眠/発芽関連遺伝子発現の調査」および「試験3：難穂発芽性の遺伝様式の調査」を実施した。
「試験２」は、モデル植物等で報告されている休眠/発芽関連遺伝子のソバにおけるホモローグの探索を行った。獲得したｃDNAに対し2018年度に獲得したソバの登熟過程のmRNA由来のDNAフラグメント情報をマッピングし、ソバのホモローグ配列を獲得した。同時にFPMK(fragments per kilobase of exon per million reads mapped)を野生種と普通ソバの間で比較することにより難穂発芽性に関するキー遺伝子を絞り込んだ。野生種の難穂発芽性は、種子登熟過程における「休眠促進」と「発芽抑制」の両面が強化されることにより生じる可能性が高いことがわかった。また植物の穂発芽性に関する新たな知見として、「不溶性プロアントシアニジンの蓄積」および「ルチノシダーゼによるルチン分解」が難穂発芽性に関係する可能性、およびソバが低温で2次休眠性を獲得することを明らかにした。上記は極めて新規性の高い発見であることから、次年度計画していた発芽過程の種子の遺伝子発現解析は中止し、代わりにこれらのメカニズム解析を実施することとした。
「試験3」は、普通ソバ（穂発芽耐性弱）と当該野生種を交配し、F2にて「殻あり/なし」について穂発芽が極めて生じやすい32℃の条件にて穂発芽検定を行った。交配は普通ソバの長柱花個体を種子親、野生種を花粉親として行った。交配の成否は、野生種が持つ等長柱花性が普通ソバの持つ長柱花性に対して完全優性であることを利用して判断した。獲得したF2について、個体ごとの発芽率の分離比を調査した結果、野生種種子の発芽抑制は「殻なし」では劣性の1遺伝子により、また「殻あり」では優性の2遺伝子により支配されていることを明らかにした。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
1: Research has progressed more than it was originally planned.
Reason
理由：
「試験2：登熟～休眠打破過程の休眠/発芽関連遺伝子発現の調査」においては、「登熟～休眠打破過程の休眠」を本年度実施予定、「発芽関連遺伝子発現の調査」は次年度実施予定としていた。「登熟～休眠打破過程の休眠」については、難穂発芽性野生種において、シロイヌナズナで休眠解除の役割を果たす遺伝子およびジベレリン応答の促進因子の発現が低下し、また、ABA応答を引き起こす遺伝子の発現が上昇していることを確認した。つまり、野生種の難穂発芽性は、種子登熟過程における「休眠促進」と「発芽抑制」の両面が強化されることにより生じる可能性が高いことがわかった。これらは「難穂発芽性メカニズム解明」に重要な情報であることから、試験２については想定通りの結果を獲得している。
「試験3：難穂発芽性の遺伝様式の調査」は、F2分離世代において、殻あり、殻なしそれぞれの難穂発芽性に関する遺伝様式を明らかにしたことから、想定通りの結果を獲得している。
上記に加え本年度の特筆すべき成果として、「不溶性プロアントシアニジンの蓄積」および「ルチノシダーゼによるルチン分解」が難穂発芽性に関係する可能性を明らかにした。これらは植物の穂発芽性に関する新たな知見であり、今後の作物栽培・品種開発にとって重要な成果となる可能性がある。また、ソバが低温で2次休眠性を獲得することも明らかにした。これはソバ属植物においてはじめて明らかにされた知見である。
以上より、当初計画を上回る成果が得られたことから、当初計画以上に進展していると判断した。
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| Strategy for Future Research Activity |
次年度は、「試験2：登熟～休眠打破過程の休眠/発芽関連遺伝子発現の調査」について、さらに詳細な解析を行う。具体的には対象とする遺伝子の数を現状の3遺伝子から8遺伝子程度に増やすことで、モデル作物において報告されている難穂発芽メカニズムをほぼ網羅し、ソバ野生種の難穂発芽メカニズムとの相違を明らかにする。
また、本年度見出した新知見である「不溶性プロアントシアニジンの蓄積」および「ルチノシダーゼによるルチン分解」が難穂発芽性に関係する可能性についてさらなる調査を実施する。具体的には、他のモデル植物には存在しないソバにユニークな特性である「種子中のルチンとルチノシダーゼ」の関係について、野生種及びソバ栽培種（ダッタンソバ、宿根ソバ）まで調査対象を広げルチノシダーゼの性質を決定するとともに種子登熟/発芽過程におけるタイムコースや器官特異性を明らかにする。これにより、ソバが独自に進化させてきたと考えられる難穂発芽性との関連を明らかにし、当初計画より一段踏み込んだソバ難穂発芽性のメカニズム解明を行う。なお、当初計画で3年目に実施予定としていた「発芽関連遺伝子発現の調査」については、野生種と普通ソバにおける難穂発芽性の違いを合理的に説明できる情報をすでに獲得できていることから休止とする。
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| Causes of Carryover |
新型コロナウイルスの関係で、外注したＤＮＡ解析の結果が年度内に納品とならなかったため。次年度（2020年度）において再度実施するための経費として使用する。
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[Presentation] Occurrence of insoluble proanthocyanidin in Tartary buckwheat leaves and its possible roles.2019
Author(s)
Suzuki, T., Oki, N., Sugawara, T., Park, S.U., Aii, J. & Katsu, K
Organizer
14th International Symposium on Buckwheat
Int'l Joint Research
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