Neo-domesticationによるマメ科ストレス耐性作物の開発

2021 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 19KT0016
• Research Institution: National Agriculture and Food Research Organization
• Principal Investigator: 高橋 有 国立研究開発法人農業・食品産業技術総合研究機構, 遺伝資源研究センター, 主任研究員 (70726273)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 坂井 寛章 国立研究開発法人農業・食品産業技術総合研究機構, 高度分析研究センター, ユニット長 (20455322) ; 友岡 憲彦 国立研究開発法人農業・食品産業技術総合研究機構, 遺伝資源研究センター, 再雇用職員 (40373253) ; 山田 哲也 北海道大学, 農学研究院, 講師 (70374618)
• Project Period (FY): 2019-07-17 – 2022-03-31
• Keywords: マメ科 / 野生種 / 栽培化 / 非休眠性 / 非裂莢性 / 器官大型化

Outline of Annual Research Achievements

本研究の目的は、作物にストレス耐性を付与するという従来の発想を逆転し、野生種に栽培化形質を付与することで、新たなストレス耐性作物を開発することにある。この育種戦略「Neo-domestication」を加速するために、本研究ではマメ科植物において重要な栽培化形質である非休眠性、非裂莢性、器官巨大化の責任遺伝子の候補を同定し、ゲノム編集や逆遺伝学的選抜によるマメ科野生種の作物化を可能にする。
最終年度は、ハネアズキの染色体レベルの全ゲノムデータに、発現遺伝子情報を付与した上で、引き続きハネアズキの非休眠変異体、非裂莢変異体、器官大型化変異体の責任遺伝子の同定を試みた。各変異体と野生型の交雑後自殖世代において、変異型を示す個体群のバルクDNAシーケンスから100%変異型を示す一塩基多型を検出した結果、いずれの変異体においても、１個または２個の責任遺伝子の候補を選出した。
非休眠変異体isi2は種子レンズ部にワックスの減少がみられ、その表現型と一致するように、責任遺伝子の候補はエステル合成関連遺伝子であった。非裂莢変異体rps1は莢縫合部の離層が消失しており、その責任遺伝子の候補はジベレリン合成関連遺伝子であった。大型化変異体gra1は種子だけでなく葉の大型化もみられるが、葉の表皮細胞の大型化はみられず、その責任遺伝子の候補はミトコンドリア関連の遺伝子であった。
それらの変異体を解析する中で、これまでに選抜した同一表現型を示す複数の変異体は、作物として負の影響を与える多面発現形質を付随している場合が多いものの、その有無や程度は異なることが明らかとなった。その観察に基づき、マメ科野生種の作物化に最適な遺伝子を特定することの重要性を提案することで、科研費のアドオン課題である国際共同研究強化（Ａ）の採択に繋がった。