2021 Fiscal Year Research-status Report
根圏マイクロバイオームを活用した持続型農業を実現するイネ遺伝子の探索と育種利用
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21K18221
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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) |
村瀬 潤 名古屋大学, 生命農学研究科, 教授 (30285241)
藤原 徹 東京大学, 大学院農学生命科学研究科(農学部), 教授 (80242163)
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| Project Period (FY) |
2021-07-09 – 2024-03-31
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| Keywords | イネ / 根圏マイクロバイオーム / イオノーム / ゲノムワイド関連解析 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
低投入持続型農業を実現するには、少ない施肥でも収量を維持し安定した作物生産が可能となる品種の開発が有望視されており、そのためには少肥栽培時の作物の成長と収量の維持に寄与する遺伝子の単離とその育種利用が重要である。本研究では、イネを材料に用いて、無施肥条件下での成長・収量関連形質と根圏微生物との関係性を解明し、少肥栽培時の成長を支える根圏微生物との共生に関わるイネ遺伝子を同定することで、これらを遺伝子資源として育種利用することを目指す。
令和3年度は、日本の栽培イネ120品種を施肥圃場と無施肥圃場で栽培し、草丈、分げつ数、SPAD値、乾物重、穂数、穂重、分げつ数、穂型の計測を行った。地上部形質のゲノムワイド関連解析（GWAS）により検出されたピークの中から、施肥区で2番染色体に、無施肥区で4番染色体に、施肥区及び無施肥区特異的にピークが検出された退化頴花率に着目した。GWASにより、この退化穎花率と有意に関連があるとされる複数の多型が検出され、これらの多型は穂型形成に関わる遺伝子近傍に存在していた。また、イネ120品種の根圏微生物叢データを用いて、主座標分析を行いイネ120品種の根圏微生物の群構造を示す主座標得点を用い、GWASを行った。その結果、1番染色体に無施肥区特異的なピークが検出され、候補責任遺伝子を絞り込んだ。この候補責任遺伝子の多型は、無施肥区の到穂日数、分げつ数においても影響を及ぼしていた。つまりこの候補責任遺伝子における多型が栄養条件に応答したイネの根系形成に関与し、その結果根圏微生物叢や地上部形質にも影響を及ぼしている可能性が考えられた。さらに、葉におけるイオノーム解析を進め、順調にデータが蓄積しており、令和4年度にGWASを実施予定である。
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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
当初の計画通りに進んでおり、日本の栽培イネ品種120系統の多様性に着目し、イネの地上部形質、ならびに根圏微生物叢との関連性について、イネのゲノム情報を用いてゲノムワイド関連解析（GWAS）を行った。その結果、退化頴花率などの地上部形質や根圏微生物の群構造決定に関わる候補責任遺伝子を同定できた。さらに、葉のイオノーム解析も順調に進捗しており、概ね、研究計画通りに本研究が進行している。
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| Strategy for Future Research Activity |
今後（令和4年度）の研究の推進方策は以下の通りである。
（1）無施肥圃場と施肥圃場で120系統を栽培して、栄養成長初期、開花期、登熟期、収穫期の4ステージで、栄養成長初期、開花期、登熟期では、草丈、分げつ数、SPAD値、地上部乾物重の4形質について、収穫期では、4形質に、穂数、穂重、籾数などの収量に関する7形質を加えた合計11形質について計測することで年次反復データを蓄積し、GWASを行う。
（2）葉に蓄積している各元素をICP-MSによって網羅的に計測するイオノーム解析を実施し、NについてはCNコーダーを用いて計測する。これらの元素の蓄積パターンを、無施肥圃場と施肥圃場で栽培した120系統間で比較調査し、GWASを行う。
（3）令和3年度に実施したGWASで同定できた候補責任遺伝子の機能を明らかにするために、CRISPR/Cas9によるノックアウト系統の作出を進める。
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| Causes of Carryover |
圃場での計測やGWAS解析の一部を次年度に持ち越したために、それらの解析等に必要な物品費などの費用を次年度使用額に追加した。次年度にこれらの解析を進める予定である。また、学会発表のための旅費も計上したが、オンライン開催になった。次年度は学会発表がオンサイトでの開催予定であることから、その旅費を次年度使用額に追加する。
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Research Products
(1 results)
