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2022 Fiscal Year Annual Research Report

胞子体型の開葯しない激レア・高ニーズな細胞質雄性不稔性イネの分子基盤解明

Research Project

Project/Area Number 21H02161
Research InstitutionTohoku University

Principal Investigator

鳥山 欽哉  東北大学, 農学研究科, 教授 (20183882)

Project Period (FY) 2021-04-01 – 2024-03-31
Keywords育種学 / 遺伝学 / 遺伝子 / ゲノム / 植物
Outline of Annual Research Achievements

我々はインディカ品種Tadukanに由来する胞子体型のCMS /RF系統を見いだしている。本研究では、このTadukanに由来するCMS /RF系統について、ミトコンドリアのCMS原因遺伝子の同定とゲノム編集を用いた証明、及び、稔性回復遺伝子のマップベースクローニングを行い、雄性不稔・稔性回復の分子基盤を明らかにすることを目的としている。
CMS原因遺伝子の同定:Tadukanミトコンドリアの全ゲノムの塩基配列を決定し、日本晴に無いorfを探索したところ、orf312を発見した。このorf312はWA型CMSの原因遺伝子であるWA352の後半部分と類似していた。また、減数分裂期と開花期の葯で発現しており、稔性回復遺伝子が存在すると、その転写量が減少することを発見した。これより、orf312がCMS原遺伝子の最有力候補とした。Tadukan由来CMS系統のorf312をゲノム編集技術の一つであるmitoTALENを用いてノックアウトし、稔性が回復することを明らかにして、orf312がCMS原因遺伝子であることを証明した。
稔性回復遺伝子のマップベースクローニング:Tadukanに台中65号を戻し交雑する過程において、稔性のある個体を選抜して、稔性回復系統を作出した。ファインマッピングと全ゲノム塩基配列解析(Whole Genome Sequencing)を行い、稔性回復遺伝子(Rf)候補を6個同定し、それらのゲノム断片をクローニングして、相補性試験用のベクターを構築して、CMS系統に遺伝子導入を開始した。現在再分化植物が得られている。
胞子体型の開葯しない葯のメカニズム解明:減数分裂期から開花期までの葯の切片を作成し、形態観察を行なった。葯の裂開に関わるセプタムのギャップが見られないことがわかった。

Current Status of Research Progress
Current Status of Research Progress

1: Research has progressed more than it was originally planned.

Reason

mitoTALENを用いてorf312がCMS原因遺伝子であることを証明した論文は、2022年5月にThe Plant Journal (IF=6.486)に掲載された。
稔性回復遺伝子候補のPPR遺伝子のゲノム断片を6個クローニングし、相補性試験を行っているが、順調に再分化植物が得られ、早いものは開花し始めている。
よって 当初の計画以上に進展していると判断した。

Strategy for Future Research Activity

稔性回復遺伝子のマップベースクローニング:稔性回復遺伝子(Rf)候補として同定した6個の遺伝子をCMS系統に遺伝子導入して相補性試験を行っている。現在再分化植物が得られている段階であるが、これらを育成して結実が回復すれば、稔性回復遺伝子であることが証明できる。
胞子体型の開葯しない葯のメカニズム解明:ORF312に対する抗体を用いて、ORF312の蓄積場所と蓄積時期を明らかにする。さらに、RNA-seqを行い、発現変動している遺伝子の解析も加えて、胞子体型の雄性不稔・稔性回復のメカニズムを明らかにする。

  • Research Products

    (9 results)

All 2023 2022

All Journal Article (2 results) (of which Peer Reviewed: 2 results,  Open Access: 1 results) Presentation (7 results)

  • [Journal Article] The mitochondrial and plastid genomes of Oryza sativa L. cv. Taichung 652023

    • Author(s)
      Ichida Hiroyuki、Kazama Tomohiko、Arimura Shin-ichi、Toriyama Kinya
    • Journal Title

      Plant Biotechnology

      Volume: 40 Pages: 109~112

    • DOI

      10.5511/plantbiotechnology.22.1213a

    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Journal Article] TALEN‐mediated depletion of the mitochondrial gene orf312 proves that it is a Tadukan‐type cytoplasmic male sterility‐causative gene in rice2022

    • Author(s)
      Takatsuka Ayumu、Kazama Tomohiko、Arimura Shin‐ichi、Toriyama Kinya
    • Journal Title

      The Plant Journal

      Volume: 110 Pages: 994~1004

    • DOI

      10.1111/tpj.15715

    • Peer Reviewed
  • [Presentation] ミトコンドリア遺伝子 orf312 が葯の裂開を阻害する Tadukan 型細胞質雄性不稔性イネの組織学的解析2023

    • Author(s)
      高塚歩,風間智彦,鳥山欽哉
    • Organizer
      第64回日本植物生理学会年会
  • [Presentation] イネの雄性生殖器官の発育不全を引き起こすミトコンドリア遺伝子のゲノム編集2022

    • Author(s)
      髙塚歩, 風間智彦, 有村慎一, 鳥山欽哉
    • Organizer
      日本生化学会東北支部第88回例会・シンポジウム
  • [Presentation] Tadukanに由来する細胞質雄性不稔性イネの稔性回復候補遺伝子2022

    • Author(s)
      髙塚歩, 風間智彦, 市田裕之, 阿部知子, 鳥山欽哉
    • Organizer
      第39回日本植物バイオテクノロジー学会(堺)大会
  • [Presentation] Tadukan型細胞質雄性不稔性イネを稔性回復させる遺伝子の探索2022

    • Author(s)
      髙塚歩, 風間智彦, 市田裕之, 阿部知子, 鳥山欽哉
    • Organizer
      日本育種学会第142回講演会
  • [Presentation] Exploration for a restorer of fertility gene for cytoplasmic male sterility derived from Oryza sativa cv. Tadukan2022

    • Author(s)
      Ayumu Takatsuka, Tomohiko Kazama, Hiroyuki Ichida,Tomoko Abe, Kinya Toriyama
    • Organizer
      第17回東北育種研究集会
  • [Presentation] イネのミトコンドリア遺伝性の雄性生殖器官発育不全と核のレスキュー遺伝子2022

    • Author(s)
      髙塚歩, 風間智彦, 市田裕之, 阿部知子, 鳥山欽哉
    • Organizer
      第45回日本分子生物学会年会
  • [Presentation] Tadukan型細胞質雄性不稔性イネのミトコンドリアRNAプロセッシングに関わる稔性回復遺伝子の推定2022

    • Author(s)
      髙塚歩, 風間智彦, 市田裕之, 阿部知子, 鳥山欽哉
    • Organizer
      第10回植物RNA研究ネットワークシンポジウム

URL: 

Published: 2023-12-25  

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