2022 Fiscal Year Annual Research Report
Elucidation of the mechanism of waterlogging tolerance in genus Zea and its application to molecular breeding
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21H04724
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| Research Institution | Nagoya University |
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Principal Investigator |
中園 幹生 名古屋大学, 生命農学研究科, 教授 (70282697)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
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)
村瀬 潤 名古屋大学, 生命農学研究科, 教授 (30285241)
高橋 秀和 福島大学, 食農学類, 准教授 (00325937)
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| Project Period (FY) |
2021-04-05 – 2025-03-31
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| Keywords | トウモロコシ / テオシント / 耐湿性遺伝子 / 根圏微生物叢 / マッピング |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究では、耐湿性の高いZea nicaraguensis（ニカラグアテオシント）の持つ酸素漏出（ROL）バリア形成と地表根形成の制御機構を解明するとともに、還元耐性に寄与する責任遺伝子の同定と根圏微生物叢との関係性の解析を行うことで、ニカラグアテオシントの耐湿性獲得機構の全容を明らかにする。さらに、これらの耐湿性遺伝子を全て集積した系統を作出し、耐湿性を強化したトウモロコシの品種育成を推進することを本研究の目的とする。令和4年度までに、ROLバリア形成制御遺伝子であるRBF1/Qarf3.04によるROLバリア形成制御機構と地表根形成制御機構を解明するために、RBF1/Qarf3.04を導入した準同質遺伝子系統と対照系統のROLバリア形成部位である根の外層、または根端部をレーザーマイクロダイセクション（LM）で単離し、RNA抽出後、RNA-Seqを実施する計画であった。また、ニカラグアテオシントの第9染色体短腕に見出された還元耐性に関するQTL（Qft-rd9.01-9.04）の領域で組換えを起こした系統のシリーズを用いて、トウモロコシSNPタイピング解析を行い、Qft-rd9.01-9.04のマッピングを行った。一方で、ニカラグアテオシントの還元耐性遺伝子を導入したトウモロコシ系統とその対照系統、ニカラグアテオシント、トウモロコシを材料に用いて、根の表面付近に分布している根圏微生物叢を調査した。その結果、還元耐性の高い系統に共通して存在する根圏微生物叢を特定できた。さらに、5つの耐湿性遺伝子を交雑により集積した高耐湿性のトウモロコシ系統を作出するための材料を養成した。
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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
当初の研究計画通り、RBF1/Qarf3.04を導入した準同質遺伝子系統と対照系統の根の外層をLMで単離し、RNA-Seqを実施した結果、多くのリグニン生合成関連遺伝子やスベリン生合成関連遺伝子が同定された。このことからROLバリアの構成成分としてこれらのポリマーが関与していることが示唆された。また、本RNA-Seq解析によって、多くのRBF1/Qarf3.04のターゲット遺伝子候補が同定できた。一方で、令和4年度中に根端部のLM単離はできなかったため、令和5年度に実施予定である。
第9染色体短腕のQft-rd9.01-9.04の詳細マッピングについては、QTL近傍の約2300のSNPs情報を取得した。候補領域で組換えを起こした系統のシリーズの耐湿性データとSNPs情報より、Qft-rd9.01-9.04はbin9.03の約20Mbの領域に座乗すると考えられた。令和5年度は候補領域で組換えが起こっている系統数を増やしてQft-rd9.01-9.04のファインマッピングを進める。
ニカラグアテオシントの還元耐性遺伝子を導入したトウモロコシ系統およびニカラグアテオシント、トウモロコシの根微生物叢のアンプリコンシークエンスの結果をもとに、根微生物叢の潜在的な機能についての系統間の比較を試みた。
5つの耐湿性遺伝子を集積した系統の作出については、第1、第4，および第5染色体の3つの耐湿性遺伝子を持つ系統「#162-181」と第9染色体の耐湿性遺伝子を持つ「IL#39」を交配したF1を作成し、さらに第7染色体の耐湿性遺伝子を持つ「IL#32」と前述のF1を交配した雑種（「IL#32」×（「#162-181」×「IL#39」））を自殖させてF2集団を養成した。次に、F2集団187個体についてマーカー選抜を行い、3つのQTLがテオシントホモに固定しており、他の2つの領域がヘテロである7系統を得た。令和5年度はこの7系統を材料に、5つのQTL領域全てがテオシントホモに固定した系統を作出する。
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| Strategy for Future Research Activity |
本年度は、以下の研究を実施する。
（1）RBF1/Qarf3.04のターゲット遺伝子を同定するために、RBF1/Qarf3.04遺伝子を導入した形質転換トウモロコシと対照系統を材料に用いて、根の表層組織、または根端部組織を単離し、RNA-Seq解析を実施する。さらに、ChIP-Seq解析を行い、RBF1/Qarf3.04が直接結合するターゲット遺伝子を同定する。これらのRBF1/Qarf3.04のターゲット遺伝子の中から、ROLバリア形成に関わる遺伝子、あるいは根角度の制御に関わる遺伝子を同定する。また、形質転換トウモロコシの根の角度の調査を実施して、RBF1/Qarf3.04による根角度の制御機構を明らかにする。
（2）第9染色体短腕に見出された還元耐性に関するQTL（Qft-rd9.01-9.04）の領域で組換えを起こした系統のシリーズをさらに拡充させ、候補領域近傍の約2300のSNPs情報を利用して、引き続きQft-rd9.01-9.04のファインマッピングを行う。
（3）前年度までに得られた根圏微生物叢のシークエンスデータをさらに解析し、耐湿性遺伝子の導入と関連を示す微生物群の特定を試みる。新たなトウモロコシ系統が得られれば、その根圏微生物叢の解析を行う。
（4）5つの耐湿性遺伝子（QTL）を交雑により集積した高耐湿性のトウモロコシ系統を作出するために、前年度得られた3つのQTLを持つ系統「#162-181」に第7染色体と第9染色体の2つのQTLを付与したF2集団から、5つのQTLをホモに持つ個体をマーカー選抜し固定・採種する。
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