Development of a high yield wheat via genome design and free rewriting

2023 Fiscal Year Final Research Report

• Project/Area Number: 21K19127
• Research Category: Grant-in-Aid for Challenging Research (Exploratory)
• Allocation Type: Multi-year Fund
• Review Section: Medium-sized Section 39:Agricultural and environmental biology and related fields
• Research Institution: National Agriculture and Food Research Organization
• Principal Investigator: Imai Ryozo 国立研究開発法人農業・食品産業技術総合研究機構, 生物機能利用研究部門, エグゼクティブリサーチャー (90291913)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 佐分利 亘 北海道大学, 農学研究院, 准教授 (00598089) ; 手塚 大介 国立研究開発法人農業・食品産業技術総合研究機構, 生物機能利用研究部門, 研究員 (80964600)
• Project Period (FY): 2021-07-09 – 2024-03-31
• Keywords: genome-editing / starch biosynthesis / knock-in / gene targeting / wheat

Outline of Final Research Achievements

A quadruple mutation into the wheat endosperm-specific SUS3 and their enzyme activities showed that the apparent kcat/Km for UDP of the quadruplex mutant enzyme was 1/400 of that of the wild-type enzyme, while the apparent kcat/Km for ADP was 23 times that of the wild-type enzyme.　The same quadruple mutation was introduced into the wheat D genome SUS3 by genome editing. The results of a yield study using one of the genome-edited lines are being tested but current data subggested that the yield per plant was unchanged.

Free Research Field

植物分子生物学

Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements

将来の食糧危機に備えるため作物の持つ修了ポテンシャルを高める遺伝改変が期待されている。従来型の育種の限界を超えて収量増を達成するためにはゲノム編集による遺伝改変も必要である。自由な遺伝改変が可能になるノックイン型ゲノム編集技術を用いて種子収量に関わる酵素の活性を変えるような遺伝子の書き換えに成功し、収量増へのポテンシャルが見出された。今後はさらに生育調査等を行い、品種育成につながっていくことが期待される。