根の通気組織がトウモロコシの環境ストレス耐性向上に及ぼす効果の検証とその機構解明

2021 Fiscal Year Research-status Report

• Project/Area Number: 20K05976
• Research Institution: National Agriculture and Food Research Organization
• Principal Investigator: 間野 吉郎 国立研究開発法人農業・食品産業技術総合研究機構, 畜産研究部門, グループ長 (20355126)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 中園 幹生 名古屋大学, 生命農学研究科, 教授 (70282697)
• Project Period (FY): 2020-04-01 – 2023-03-31
• Keywords: 通気組織 / テオシント / トウモロコシ / 耐湿性 / ストレス耐性

Outline of Annual Research Achievements

根の通気組織は、湛水により植物の根系が低酸素状態になった際に根端に酸素を運搬するための重要な役割を果たすとともに、各種ストレス耐性の向上に寄与する可能性が示されている。本研究では、高い通気組織形成能を示すテオシント（トウモロコシの近縁種）の通気組織形成遺伝子の詳細マッピング、通気組織形成遺伝子をトウモロコシに交雑により導入した準同質遺伝子系統 (NIL) の作出、NILを用いた発現解析、さらには通気組織が環境ストレス耐性向上に及ぼす効果を検証することを目的とする。
前年度得られた候補領域（第1染色体のbin1.06-1.07）の様々な位置で組換えを起こしている15系統について、全ゲノムを対象としたSNP解析によって候補領域以外は全てトウモロコシゲノムに置き換わっていることを確認した。また、採種量が少ない系統の種子増殖を行った。現在通気組織形成能を検定中であり、それらの中で通気組織を形成する系統を純度の高いNILとして今後の解析に使用する。
トウモロコシ、AE91（トウモロコシに複数の通気組織遺伝子を集積した系統）、およびテオシントを用いて、レーザーマイクロダイセクション法で根の皮層のみを単離し、通気組織形成過程において皮層で発現する遺伝子の網羅的発現解析（RNA-Seq）を行った。通気組織形成時に発現量が変化する遺伝子が複数検出され、それらの中にはlipid bindingに関する遺伝子が含まれていた。
通気組織が乾燥耐性（乾燥区8%、対照区20%の土壌水分を維持）に及ぼす効果について検討するため、トウモロコシ、「AE91」、テオシントの間で光合成関連の形質である光合成速度、気孔電導度および蒸散速度を比較した。各形質の対照区比はテオシントが最も高く、Mi29が最も低く、通気組織遺伝子を導入した系統はその中間であったことから、通気組織形成能と乾燥耐性との関連性が示唆された。

Current Status of Research Progress

2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.

Reason

候補領域のゲノムDNAを持つBACクローンを選抜するまでには至らなかったものの、純度の高いNILの完成が間近であること、網羅的発現解析によっていくつかの候補遺伝子が得られたこと、通気組織形成能と乾燥耐性との関連性が示唆されたことから、概ね研究計画通りに本研究が進行している。

Strategy for Future Research Activity

(1) トウモロコシ、純度の高いNIL、およびテオシントを用いて、根の皮層で発現する遺伝子の網羅的発現解析を行うとともにqRT-PCRによる詳細な遺伝子発現解析を行う。
(2) 遺伝子発現解析のデータを用いて、特定した候補遺伝子の皮層における遺伝子発現を確認し、トウモロコシ、純度の高いNIL、テオシントの根を用いたqRT-PCRにより系統間での遺伝子発現量・パターンの違いを調査する。
(3) トウモロコシおよび純度の高いNILの各種ストレス耐性を評価して、ストレス条件下での通気組織の生理機構を明らかにするとともに、マルチストレス耐性トウモロコシ品種の育成について検討する。

Causes of Carryover

本年度は、研究費を効率的に使用したため残額が生じた。これについては次年度分に合算して、物品と賃金に使用する予定である。