2021 Fiscal Year Annual Research Report
葉のガス交換の直接計測によるイネ光合成QTLの同定手法の開発
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19H02939
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| Research Institution | Tokyo University of Agriculture and Technology |
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Principal Investigator |
安達 俊輔 東京農工大学, (連合)農学研究科(研究院), 准教授 (30717103)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
松岡 信 福島大学, 食農学類附属発酵醸造研究所, 特任教授 (00270992)
田中 佑 京都大学, 農学研究科, 助教 (50634474)
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| Project Period (FY) |
2019-04-01 – 2023-03-31
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| Keywords | 光合成 / GWAS / イネ / 在来品種 / MIC-100 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
作物の光合成測定の迅速化のため、葉1枚あたりCO2同化速度の測定時間を従来の1/10以下に短縮した新型迅速光合成測定装置MIC-100を開発した。本研究はMIC-100を用いてCO2同化速度に関わるゲノムワイド関連解析（GWAS）を実施し、日本で育成されたイネ198品種の光合成変異をもたらす新規遺伝子の特定を目指す。さらに肥料条件とCO2同化速度の遺伝×環境相互作用を制御する新規ゲノム領域の特定を目指す。2021年に実施した日本型イネ198品種の分げつ期を対象とした光合成測定において、2019年、2020年で得られた結果と同様、日本のイネ品種の間に約3倍のCO2同化速度の差異が存在すること、在来品種に比較して近代育成品種の光合成速度が有意に大きいこと、一方近代育成品種の光合成速度と育成年次には関係が無いことが示された。GWAS解析によって、第8、第11染色体にCO2同化速度に関わる明瞭なピークが認められた。このうち第8染色体は2019年、第11染色体は2020年に検出されたピークと同様のものと考えられた。このようにMIC-100を用いたCO2同化速度のGWASは、年次間で結果に多少の違いはあるものの、安定的なQTLを検出するのに役立つと結論された。3年間に取得されたデータをどのように統合して有用なQTLを見極めるのかが今後重要な課題となる。
MIC-100よる光合成測定の人体への負担を縮減するため、測定時の姿勢を保持するアシストスーツを開発した。このスーツは同化箱を保持する腕にかかる負荷を半減できるとともに、人体の可動域を9割確保できることがわかった。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
3: Progress in research has been slightly delayed.
Reason
簡易迅速な光合成測定装置であるMIC-100を用いて、過去に例のない大規模なイネ光合成測定実験を3年間に渡って行った。そして日本で育成されたイネ品種群のCO2同化速度の多様性や育成年次との関係を俯瞰することができた。さらにこれらの品種のゲノムシークエンス情報を活用したGWASによって、安定的に検出される複数のQTLが存在することを明らかにした。以上のように多数の品種を対象とした包括的な光合成研究はこれまで例がなく、主要作物の光合成研究において重要な意味を持つ。一方で、葉のCO2同化速度は複数の性質が関わる表現型であり、GWASで見いだされたピーク領域の存在遺伝子のなかから原因遺伝子を特定することは極めて難しかった。従来の2品種間のQTL解析や突然変異系統、遺伝子組み換え系統を活用した解析を継続して行う必要がある。
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| Strategy for Future Research Activity |
3年間に得られたCO2同化速度のデータを統合して、年次間の表現型のばらつきを最小化したGWAS手法を検討する。さらにこれまで見出したゲノム領域の作用の確認を行うため、育成したF2分離集団を圃場に展開し、Genotype-by-sequenceによる遺伝子型解析とCO2同化速度の測定を実施し、Rプログラムr-qtlライブラリのcomposite interval mappingによるQTL解析を実施する。さらに遺伝×環境相互作用する新たな光合成ゲノム領域の特定に向けて、名古屋大学に整備された窒素施肥を段階的に変化させた圃場で日本イネ品種パネルを栽培し、CO2同化速度の評価を行うとともにGWASを実施する。
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Research Products
(3 results)
