2020 Fiscal Year Annual Research Report
イネ耐性品種を用いた低リン環境適応型作物モデルの構築
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19H02937
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| Research Institution | National Agriculture and Food Research Organization |
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Principal Investigator |
佐藤 豊 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 (90510694)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
竹久 妃奈子 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, 主任研究員 (20455356)
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| Project Period (FY) |
2019-04-01 – 2022-03-31
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| Keywords | イネ / リン / QTL / オミクス |
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| Outline of Annual Research Achievements |
低リン耐性系統とコシヒカリのF2集団から選抜した低リン耐性「強」および「弱」の個体の自殖後代を、可給態リン酸がほとんど存在しない長期連用圃場で系統栽培し、耐性が「強」の34個体、「弱」の26個体をバルクにして次世代シーケンスを用いてQTL-seq解析を行なった。その結果、2つの染色体で昨年度と同じQTLが検出された。また、耐性が強い系統 (Line72, 75)、弱い系統 (Line104)をさらに自殖して固定化を進めるとともに、Line72についてはコシヒカリと交配したF2種子を採取した。
低リン耐性機構の解明および検定法の確立のため、コシヒカリおよびLine72, 75, 104系統をリン無施肥のポットで栽培し、根のmRNA-Seq解析を実施した。Line72とコシヒカリの間で発現差が見られる遺伝子を抽出したところ、菌根菌との共生に関わる遺伝子が含まれており、Line75と104の耐性と発現レベルにも相関が見られた。
昨年度と同様にリン施肥量を変えたポットでイネを栽培し、バイオマーカーの発現と収量との関係を調べたところ、一定の範囲内であれば植物がバイオマーカーを発現していたとしても収量を維持できる機能を持っていることが再現された。また、低リンに対するイネの反応をゲノムワイドに解析するために、リン栄養条件の異なる2種類の圃場で栽培したイネの葉の遺伝子発現データを解析したところ、低リン環境ではリンの恒常性維持に関与することが報告されている遺伝子など20-30程度の遺伝子の発現が誘導されているのみで、それ以外の遺伝子の発現にはほとんど影響がないことが示唆された。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
3: Progress in research has been slightly delayed.
Reason
耐性品種から派生した低リン耐性系統や感受性系統は、稔性が低いものが多く、当初予定していた様々な程度の低リン耐性系統の選抜・固定化が難しい状況になっている。また、バルクDNAを使った次世代シーケンス解析において昨年度の結果を再現できたQTL領域は２箇所のみであったが、稔性の低さが原因でアウトクロスなど材料に問題が生じている可能性が考えられる。一方で、選抜したLine72については稔性が70%程度あり、そのmRNA-Seq解析によって興味深い遺伝子が単離できたこと、コシヒカリと交配した後代系統を作成することができた点においては、今後の進展が期待できると考えている。また、既存のゲノムワイドな遺伝子発現データから、低リン環境におけるイネの応答に関する知見が得られた点については進展があったが、総合的に状況を考えて、やや遅れていると判断した。
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| Strategy for Future Research Activity |
低リン耐性系統や感受性系統の多くに稔性の問題が見られたため、稔性を70%程度維持しているLine72を主に使って解析を進める。また、これまでQTL領域を特定するためにバルクDNAを使用していたが、今後はLine72とコシヒカリのF2集団から耐性系統と感受性系統を選抜し、RAD-Seq解析等の手法を用いて個体レベルの多型情報を取得して、QTLをマッピングする。また、稔性低下の要因を明らかにするため、低リン耐性系統から派生する材料の低稔性に関わる遺伝子座についてもマッピングを試みる。
菌根菌との共生に関わる遺伝子が低リン耐性の強弱と相関のある可能性が示唆されたため、Line72とコシヒカリを長期連用圃場の土壌を使用したポット等で栽培し、次世代シーケンサーによってマイクロバイオーム解析を実施する。また、低リン耐性を検定する遺伝子発現指標 (バイオマーカー) を開発するために、Line72とコシヒカリを交配して作成したF2集団の一部組織を採取し、これまでに遺伝子発現データの解析から抽出した候補遺伝子のqRT-PCRもしくは網羅的な遺伝子発現解析(mRNA-Seq)を実施することで、低リン耐性の強弱と相関が見られる遺伝子を選抜する。
長期連用圃場のような極端な低リン環境で耐性を示すLine72が実際に程度の異なる低リン環境に対してどういう反応を示すか不明である。そのため、リンの施肥量を変えたポット試験でコシヒカリとLine72を栽培し、バイオマーカーの発現や生育等に差異が見られるか解析する。
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