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
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21H02161
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| Research Institution | Tohoku University |
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Principal Investigator |
鳥山 欽哉 東北大学, 農学研究科, 教授 (20183882)
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| Project Period (FY) |
2021-04-01 – 2024-03-31
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| Keywords | 育種学 / 遺伝学 / 遺伝子 / ゲノム / 植物 |
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| 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。
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| 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。
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| 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。
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