2021 Fiscal Year Research-status Report

アフリカ栽培イネ特異的な高温ストレス耐性のゲノムワイド解析とGWASカタログ構築

Research Project

Project/Area Number	20K15503
Research Institution	Okayama University
Principal Investigator	古田智敬岡山大学, 資源植物科学研究所, 助教 (70774008)
Project Period (FY)	2020-04-01 – 2023-03-31
Keywords	アフリカイネ / 有用遺伝子 / ゲノムワイド関連解析 / ゲノムデータベース
Outline of Annual Research Achievements	令和２年度に引き続きアフリカ栽培イネ「グラベリマ」が保持する有用遺伝子を探索するため、172系統のグラベリマ品種集団を用いた表現型調査を行った。その結果、令和２年度と令和３年度の表現型データは概ね同様の結果を示すことが確認された。また前年度に得られた表現型データをもとにGWASを行ったところ、高温ストレス下における種子稔性に関与する可能性のある遺伝子座の他に、短日装置による開花誘導条件下で開花時期を制御する遺伝子座の存在も示唆された。一方で、グラべリマ品種群は土着品種が多く種子サイズや草丈などの形質が、品種群が持つ集団構造と相関しており既存のGWAS手法では表現型と統計的に有意な関連を示す遺伝子座の同定が困難なケースが散見されることが分かった。この結果は現行の統計手法の限界を示すものであり、異なる統計的アプローチによる手法の必要性が示された。 2021年度には、上記に加えてグラベリマゲノムデータベースのさらなる整備を行った。具体的には、グラベリマのゲノム配列情報および172系統のDNA多型情報に基づき、遺伝子アノテーション情報の整備、系統樹解析や比較ゲノム解析によるグラべリマゲノムの特徴調査を実施した。解析の結果本研究で用いたグラべリマ品種「WK21」と既報のゲノム情報で用いられた品種「CG14」の間には遺伝子欠失を含めて様々な変異が存在し、同一種で複数系統のゲノム情報を得ることの有用性が示された。またゲノムデータベースの一般公開に向け、専用のウェブサーバーを用意し準備を行った。グラべリマ品種群の解析加えて派生的な研究として、次世代シークエンサーによる遺伝子型判定におけるエラーを修正するツール開発を実施しプレプリント・サーバーBioAxivに論文を掲載した。
Current Status of Research Progress	Current Status of Research Progress 3: Progress in research has been slightly delayed. Reason これまで172系統のグラべリマ品種群を用いて、高温ストレス下における稔実を含めて様々な表現型解析を行い、それらのデータを用いてGWASを実施し表現型と関連のある遺伝子座の探索を行った。しかしながら、グラべリマ品種群におけるGWASは、当該品種群が持つ集団構造化の性質により正確な遺伝子座の同定が困難であることが分かった。一般的にGWASで用いられる統計手法は線形混合モデルと呼ばれるものであるが、これ以外の統計手法による遺伝子座同定を検証している。当初計画では、候補遺伝子を絞り込みゲノム編集などを利用して遺伝子の効果の検証を行う予定であったが、まだ実施できていない状況である。ゲノム情報の整備やGWASカタログ作成に向けた情報の収集およぶ整理は予定通りに進んでいるが、遺伝子の同定に向けた取り組みが進展していないことから進捗状況を「やや遅れている」とした。
Strategy for Future Research Activity	本年度中にゲノム情報及びGWASの結果について論文化を行い、データベースを一般公開する。論文化に際して、原因遺伝子の同定についても報告することを目指していたが、少なくとも本年度中に完了することは困難であると考えられる。一般的にGWASに用いられる線形混合モデルが有効に機能しないケースに対応するため、他の統計モデルによる解析を試み有用遺伝子座の探索を継続し、GWASカタログの充実を測るとともに新たな解析手法の確率を目指す。
Causes of Carryover	遺伝子同定に向けたゲノム編集を実施予定であったが、令和3年度中の実施が出来なかったため次年度使用額が生じた。令和4年度にはゲノム編集に向けた形質転換用コンストラクトの作成などを進める予定であり、それに係る消耗品購入費として使用する。