2019 Fiscal Year Annual Research Report
Genetic improvement of root system architecture which is robust for soil nutrient and water stresses in rice
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19H02936
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| Research Institution | National Agriculture and Food Research Organization |
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Principal Investigator |
宇賀 優作 国立研究開発法人農業・食品産業技術総合研究機構, 次世代作物開発研究センター, 上級研究員 (00391566)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
井上 晴彦 国立研究開発法人農業・食品産業技術総合研究機構, 生物機能利用研究部門, 上級研究員 (10435612)
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| Project Period (FY) |
2019-04-01 – 2022-03-31
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| Keywords | 根系形態 / 重力屈性 / 環境ストレス耐性 / 水屈性 / 作物開発 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究では、土壌養水分ストレスの変動に動じない根系形態を持ったイネの開発を目的として、課題1) 環境ストレスシグナルと根伸長角度に関与する経路をつなぐ遺伝子の同定、課題2) 根伸長角度を自在に改変するための遺伝子ネットワークの解明、課題3) 突然変異系統からの有用アリル選抜と育種素材化に向けたフィールド評価、の3課題を実施している。本年度は以下の成果が得られた。
課題1）環境ストレスのうち水（乾燥）ストレスに対して根の可塑性に影響すると推察される水分屈性に着目し、評価系の開発を行った。通常重力屈性の影響が強く、水分屈性は検出するのが難しいので、重力屈性変異体を材料に用いた。この変異体の根が土壌を用いた評価系と寒天を用いた評価系で水分の多い方へ屈曲したことから、評価系の確立に成功した。試験条件の揃いやすい寒天を用いた評価系で水分勾配ストレスを与えた個体と、非ストレス個体の根端からRNAを抽出し、cDNAライブラリを合成してRNA-Seqを行った。
課題2）申請時に根伸長角度の決定に関与する遺伝子であるDRO1やqSOR1との相互作用が予想されたオーキシン排出輸送体OsPINsのゲノム編集系統のホモ系統を確立し、重力屈性試験、根伸長角度の測定、深根度の測定を行ったが、野生型と比較して明確な違いを観察することが出来なかった。OsPINsの機能重複が疑われたので、データベース検索などを行ってこれまでに試験に用いていなかった6個のOsPINsをcDNAからクローニングし、併せて13個のOsPINsをBiFCのベクターにクローニングした。
課題3）課題1及び2の進捗が遅れたため、課題3の進捗も遅れているが、候補遺伝子が決定次第有用アリルの選抜と育種素材化を進めたいと考えている。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
3: Progress in research has been slightly delayed.
Reason
装置の故障などにより課題1の進捗が遅れた結果、全体の進捗がやや遅れたが、課題1に関しては水分屈性評価系の確立を行い、RNA-Seqを行った。課題2ではDRO1やqSOR1と相互作用する可能性があるOsPINsの変異型ホモ系統の確立と評価を行った。以下、課題1と2の具体的な進捗を示す。
課題1) 環境ストレスのうち水（乾燥）ストレスに対して根の可塑性に影響すると推察される水分屈性に着目し、評価系の開発を行った。通常重力屈性の影響が強く、水分屈性は検出するのが難しいので、重力屈性をほとんど示さない重力屈性変異体を材料として用いた。まず土壌を用いた評価法を確立し、この重力屈性変異体が水分屈性を示すことを確認した。ただ網羅的発現解析を行う上では、水分勾配の条件が出来るだけ揃うことが今後の解析で重要と考え、寒天を用いた評価系を開発した。確立した評価系を使って、水分ストレスを与えた個体と非ストレス個体の根端からRNAを抽出してRNA-Seqを行った。
課題2) これまでの研究によりDRO1やqSOR1と相互作用する可能性が高いと考えられたOsPINsのゲノム編集系統の変異型ホモ系統の確立を行い、複数のノックアウトホモ系統で重力屈性試験、根伸長角度の測定、深根度の測定により評価したが、野生型と比較して明確な違いを観察することが出来なかった。OsPINs遺伝子の機能重複が疑われたのでデータベースを検索し、新たに６つのOsPINsをクローニングし、これまでと合わせて13個のOsPINsをBiFC用のコンストラクトにクローニングした。
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| Strategy for Future Research Activity |
各課題について今後の推進方法を述べる。
課題１）RNA-Seqのデータ解析により、発現変動遺伝子（DEG）を明らかにする。DEGにどのような遺伝子が含まれているか確認し、時間経過とともにそれらのDEGがどのように発現変動するかを確認する。加えてGO解析やクラスター解析を行い、水分屈性に関与する候補遺伝子の選定を行う。地上部に影響を与えない候補遺伝子を慎重に選定し、ゲノム編集を行う。シロイヌナズナで水分屈性に関与していることが明らかとなっている遺伝子のイネのホモログが含まれているかを確認する。
課題2) 13個のOsPINsとDRO1やqSOR1が相互作用するかプロトプラスト遺伝子導入系を用いたBiFCにより観察を行い、どのOsPINsが相互作用するか明らかにする。更に同じ組み合わせでSprit Luciferase法を用いて相互作用の定量化を行う。相互作用するOsPINsが見つかった場合、そのOsPINsとDRO1やqSOR1に対して共免疫沈降実験を行う。加えて新たに相互作用する可能性のあるOsPINsのシングルノックアウト、OsPINsの多重変異系統をゲノム編集により作出する。作出したゲノム編集系統の種子を収穫し、重力屈性試験、バスケットを用いた深根度の測定、根伸長角度の測定、X線CTを用いた根系の観察を行い、これらのOsPINsが根伸長角度の決定に関与しているか明らかにする。
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