2021 Fiscal Year Annual Research Report
限られた育種母本から高能率に遺伝的多様性を生み出す多系交雑育種システムの開発
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20H02958
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| Research Institution | Okayama University |
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Principal Investigator |
山本 敏央 岡山大学, 資源植物科学研究所, 教授 (00442830)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
小川 大輔 国立研究開発法人農業・食品産業技術総合研究機構, 作物研究部門, 上級研究員 (10456626)
米丸 淳一 国立研究開発法人農業・食品産業技術総合研究機構, 作物研究部門, グループ長 (40355227)
古田 智敬 岡山大学, 資源植物科学研究所, 助教 (70774008)
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| Project Period (FY) |
2020-04-01 – 2024-03-31
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| Keywords | イネ / 育種法 / ゲノム / 多系交雑 / 多様性 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
MAGIC集団が遺伝子型ｘ環境相互作用（GxE）の検出に有効かどうかを評価する実験を出穂期を例に継続している。緯度が似ているつくば市と倉敷市でMAGIC集団の出穂期を調査し、GWAS解析の結果をもとに地域共通および特有のゲノム領域の検出を試みた。令和元年度および2年度の調査では第6染色体のRFT1-Hd17ブロックのルリアオバハプロタイプで特異的な相互作用が示唆された。
令和3年度は、この現象を確認するために両地点で作期を増やした栽培試験を行った。新たに設定したつくば市の遅植え区と倉敷市の早植え区はいずれも両地点の中間的な反応を示した。このことからRFT1-Hd17ブロックが引き起こす出穂期に関するＧｘＥはルリアオバハプロタイプ特有の日長感受性によって引きこされるものと考えられた。
他の出穂期関連QTLの検出に関する地域間差についても、令和元年度および2年度の結果を再現するものとなったが、感光性の違いによるものかどうかは明らかではない。またこれまでに検出された以外の新たなQTLは見いだされなかった。
出穂期以外の形質として稈長、穂長、穂数を評価したが、その傾向は形質ごとに異なっていた。稈長は両地点および作期で特異的に検出される領域およびハプロタイプは認められなかった。穂長については主要なQTLは共通に検出されたが一部の地域特異的なQTLも見いだされた。穂数については両地点で共通なQTLは見いだされなかった。
ゲノムシャッフリング集団（Cy3F5世代：165系統）の遺伝子型を8109か所のSNPマーカーで評価した。その結果、シャッフリング集団ではMAGIC集団と比較して一部の領域で特定のハプロタイプの減少や連鎖不平衡程度の減少が認められた。また主要な農業形質のGWAS解析結果をMAGIC集団と比較した結果、検出QTLのピークは低くなるとともに有意な領域数は減る傾向にあった。
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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
RFT1-Hd17ブロックのルリアオバハプロタイプが示すGxEは、作期の違いによる日長反応性が主要因であると推定された。このことは、同じ地域の同じ品種の栽培であっても作期が変わることで遺伝子の効果が変化することを示唆する。量的形質のDNAマーカー選抜においてベースとなるQTL情報は選抜を実施する場所のみならず作期も意識しておく必要がある。
これまで3年間ｘ2地点でのMAGIC集団の栽培試験を行い、代表的な形質に関して安定あるいは環境特異的なQTLおよびハプロタイプの再現性が確認できたことから、多系交雑集団はGxEの検出に有効であると結論付けた。以上のように、MAGIC集団を用いたGxEの検出に関する研究は順調に進んでいる。一方で令和3年度に進める予定であった粒形変異の拡大を目標としたトップクロス集団（F3種子）の種子の評価は遅れており、令和4年度に実施する予定である。
令和3年度のもう一つの成果として、シャッフリング集団のゲノム構成の変化やQTL検出効率の変化について初めて明らかにすることができた。しかし後者については単年度の評価結果なので引き続き検討の継続が必要である。また、前項の研究実績の概要で示した以外にも、１）シャッフリング集団の中から選抜した極晩生と極長稈系統の固定化を図るとともに、２）Cy5F3世代のシャッフリング集団（109系統）から各系統10個体について1穂ずつ採種して世代促進を進めている。これらについては、シャッフリング集団の効果の具体例やシミュレーションで予測された傾向を確認するうえで有用であり、最終年の評価に向けてその準備が順調に進んでいる。
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| Strategy for Future Research Activity |
今年度までの結果から、緯度を揃えたとしても作期の違いが日長の違いとなって遺伝子発現に影響を与えることが明らかとなり、この影響が排除された状況でGxEがあるかどうかを判断するには手法の再検討が必要となった。そこで堀江・中川（1990）が提唱する日長や温度をパラメータとした発育モデルに注目し、各MAGIC系統の栽培データから算出される温度係数や日長係数などのパラメータを形質値としたGWAS解析を行うことで、温度や日長の影響を受けやすい系統および関連するゲノム領域を推定した。令和4年度は、このモデルに基づいて、温度の影響を受けやすい/受けにくいと推定された系統群をつくば市と倉敷市で栽培して基本形質の変動を調査し、出穂期の多面発現とは独立なGxEに関するゲノム領域の検証を試みる。
Cy3ゲノムシャッフリング集団でQTLピークの低下や有意な領域の減少があるとすれば、MAGIC集団で検出していたQTLのいくつかは単一の遺伝子によるものではなく同じ方向に形質値を変化させる複数のQTLの連鎖（相引）によるものであることも考えられる。令和4年度は継続して評価することで再現性を確認する必要がある。また、この現象の要因となっていると考えられる一部のハプロタイプの減少や連鎖不平衡の断片化が本当に交雑の効果によるものかどうかははっきりしない。このため5回の交雑を経て自殖を開始したCy5F3系統を栽培して自殖固定系統化を進める。さらに、育種利用における活用場面を提示するために、一部の稈長や出穂期に関する超越分離系統の固定化と評価を行うとともに、栽培品種群の中でも育種選抜による選抜圧が相対的に低いとされる必須元素（ミネラル）群の遺伝解析を進める。
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Research Products
(1 results)
