2019 Fiscal Year Research-status Report
指向性進化と次世代ゲノム編集による最適転写因子の分子選抜と機能実証
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19K22320
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| Research Institution | National Agriculture and Food Research Organization |
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Principal Investigator |
吉田 均 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, 研究領域長 (30355565)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
黒羽 剛 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, 研究員 (50415155)
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| Project Period (FY) |
2019-06-28 – 2022-03-31
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| Keywords | 閉花受粉性 / ゲノム編集 / 変異創成 / イネ / ベースエディター / アミノ酸置換 / 花器官 / 転写因子 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
作物の実用形質の多くは、キー遺伝子の「マイルドな変異」によってもたらされるため、画期的な実用品種を作出するためには、多様な変異群の創出と最適変異の選抜の効率化が重要である。2018年のノーベル化学賞受賞でも注目を集めた指向性進化は、試験管内でのランダムな変異の創出と有用アリルの選抜によって最適変異を取得する手法であるが、これを進捗著しい次世代ゲノム編集技術と組み合わせることによって、これまでにない画期的な作物を創出することが可能となる。
本研究では、提案者らが見出したイネ閉花受粉性の改良をモデルとして、原因転写因子の指向性進化を行い、最適な活性を持つ変異を選抜する。さらに、ジーンターゲッティングやさまざまな改良型Cas9酵素等の次世代ゲノム編集技術を駆使してこの変異をイネに導入し、形質の最適化について実証する。
令和元年度は以下の研究を行った。
閉花受粉性イネ変異体spw1-cls1においては、SPW1転写因子のI45T変異がパートナーであるOsMADS2タンパク質との結合能を低下させ、閉花性および安定した稔実率をもたらすことがわかっている。しかし、低温下ではSPW1-I45TとOsMADS2との結合が復活するため、spw1-cls1は開花してしまう。一方、よりシビアなspw1-cls2アリルでは、低温下での開花は見られないものの、稔実率が低下する。この問題を克服するため、酵母ツーハイブリッド法により、OsMADS2との結合能をI45T変異よりも低下させる９種類のアミノ酸置換変異を同定している。本年度はこれらのうち、最新の塩基置換型ゲノム編集酵素（Adenine base editor（A-to-G）およびCytidine base editor（C-to-T））を用い、複数のゲノム編集ベクターを構築した。さらに、これらをイネに導入し、それぞれ30以上の再分化個体を獲得した。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
当初の計画通り、目的変異を創出するためのゲノム編集ベクターを構築し、イネに導入した。得られた再分化個体の中から、目的変異を持つ個体が獲得できるものと期待される。
また、新たな有用変異探索についても、ベクター構築の準備を進めており、令和２年度には実験を完了できると考えられる。
以上のように、研究は計画に沿って順調に進捗している。
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| Strategy for Future Research Activity |
令和元年度に作出したベースエディター導入再分化個体のジェノタイピングを進め、変異の様態や効率を把握する。目的の変異を持つ個体を同定し、世代促進によってトランスジーンを持たず変異ホモとなっている系統を選抜し、種子増殖を行う。さらに、こられ系統を栽培し、閉花性と稔実率を確認する。
また、SPW1 cDNAへのランダム変異導入を行った後、酵母ツーハイブリッド法によって、OsMADS2との相互作用をわずかに低下させる変異の探索を行う。変異探索に当たっては、複数のレポータージーンや画像解析を用いた方法を検討する。
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| Causes of Carryover |
ゲノム編集技術の進捗が著しい中、令和元年度はベースエディター型ゲノム編集ベクターを取得・構築し、これを用いてアミノ酸置換型ゲノム編集個体を作出することに注力した。酵母ツーハイブリッド法による新規変異のスクリーニングは令和２年度に行うこととしたため、998,693円を次年度使用額とした。
本研究課題の推進のため、次年度の研究費は、交付申請時の計画どおり物品費・旅費・謝金・その他に使用する。次年度使用額998,693円は、酵母ツーハイブリッドベクターと変異ライブラリーの構築、それらを用いた新規変異の探索に充てるものとし、次年度に請求する研究費と合わせて研究計画遂行のために使用する。
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