2020 Fiscal Year Annual Research Report
Development of breeding materials for reducing aluminum content in tea leaves by genome-wide association analysis
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20H02886
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| Research Institution | Shizuoka University |
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Principal Investigator |
一家 崇志 静岡大学, 農学部, 准教授 (90580647)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
廣野 祐平 国立研究開発法人農業・食品産業技術総合研究機構, 果樹茶業研究部門, 上級研究員 (10391418)
森田 明雄 静岡大学, 農学部, 教授 (20324337)
古川 一実 沼津工業高等専門学校, 物質工学科, 准教授 (90353151)
川木 純平 静岡県農林技術研究所, 静岡県農林技術研究所, 研究員 (60881539)
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| Project Period (FY) |
2020-04-01 – 2024-03-31
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| Keywords | チャ / アルミニウム / ddRAD-seq / GWAS / 遺伝資源 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
アルミニウム (Al) 含有量の低い茶の栽培法の確立や育種を達成するため，チャ遺伝資源を用いた統計遺伝学的手法による低Alに関連する原因因子の特定を試みた．まず，チャ遺伝資源のゲノム情報を整備するため，一塩基多型 (Single Nucleotide Polymorphisms, SNPs) 情報をddRAD-seq (double digest Restriction site-Associated DNA sequencing) 解析により取得し，再整備した．それらの整備した情報をもとに，一般的な成分形質に関するゲノミック予測 (GP) とゲノムワイド関連解析 (GWAS) を実施し，我々が構築した遺伝解析プラットフォームの有効性を明らかにした．次に，遺伝資源を用いた水耕栽培試験により，Alに対する応答性を評価し，チャ系統間でその要求性が異なることと，イオノームプロファイルが大きく変化することを見出した．
農研機構金谷茶業研究拠点内の四要素施肥試験茶園（品種「やぶきた」）において，施肥管理がチャの新芽中のAl含量に及ぼす影響を評価した．その結果，窒素多量区とリン無施用区においてAl含量が低い値を示した．
チャの不定胚培養系を用いて，水耕栽培と同様にpH 4.8とAlが生育に良好な影響を及ぼすか調査した．その結果，pH 5.8とpH 4.8では不定胚の形態や色の変化において大きな違いは見られなかった．また，Alを添加した条件では不定胚誘導において，Al濃度が高くなるにつれて形成二次胚数が多くなった．分化誘導においては，1.0 mM Alでは不定胚の緑化が促進されたが，早期に枯死したものが多く観察され，0.4 mM Alで生育が良好であった．
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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
遺伝資源のDNAマーカー整備と遺伝解析のためのプラットフォーム構築については順調に進んでいる．これらの成果は2報の国際誌に掲載済みで，GPに関する研究成果については多くのメディアにも取り上げられた．水耕栽培による遺伝資源のAl吸収能力や応答性に関する研究についても順調に進んでいる．圃場における試験結果の蓄積も順調に進められている．年次間差による影響を調査するため，複数年の試験結果が必要であるが，研究の方向性は定まってきた．遺伝子組換え体の作出については試行錯誤が続いているが，新たな知見の集積はできている．以上のことより，COVID-19パンデミックの影響から一部の研究が制限されているが，全体的には概ね順調に進捗していると判断した．
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| Strategy for Future Research Activity |
①チャ遺伝資源のゲノム情報整備とAl定量試験
解析集団の拡充による解析結果の信頼性向上を目的に，現在までにSNPs情報を取得している約150系統の解析集団に加え，研究分担者川木が所属する静岡県茶業研究センター内と研究分担者廣野が所属する農研機構で栽培されている数千のチャ遺伝資源から約1000系統をランダムに選抜し，ddRAD-seq解析によるゲノム情報 (DNAマーカー情報) を整備する．また，マーカーを整備した圃場のチャ樹について，成葉，新芽中ならびに土壌のAl含量を研究代表者と分担者の森田が元素量を分析する．なお，これらの調査は年度間による成分変動差異が考えられるため，継続的なAl定量を確認する．
②GWASによる低Alに関する遺伝要因の解明
前年度に引き続き先述した統計遺伝学的手法であるGWASにより，①で定量した形質値セットを用いてAl含量を左右する遺伝子領域を同定する．GWAS解析については，RプログラムのrrBLUPパッケージを用いて，Minor Allele Frequency (MAF) が5%以上のSNPsを対象に，Mixed Linear Model (MLM) により実施する．推定された候補遺伝子については，BLASTやTMHMMツールを用いた遺伝子機能や膜タンパク質の予測を行うと同時に，研究分担者の沼津高専古川が遺伝子組換えによる過剰発現体または発現抑制 (RNAi) 変異体の作製準備に取り組む．
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