2023 Fiscal Year Research-status Report
オオムギにおける茎葉空間配置の環境応答に関する遺伝機構の解明
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22K05585
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| Research Institution | Okayama University |
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Principal Investigator |
西田 英隆 岡山大学, グローバル人材育成院, 教授 (30379820)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
加藤 鎌司 岡山大学, 環境生命自然科学学域, 特命教授 (40161096)
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| Project Period (FY) |
2022-04-01 – 2025-03-31
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| Keywords | オオムギ / 環境応答 / 匍匐性 / 開張性 / QTL解析 / 茎葉空間配置 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
ムギ類は一般に冬季に横方向に生長する匍匐性を示し，本特性が凍霜害回避に貢献していると考えられている．そこで，オオムギを研究材料として，匍匐性の遺伝機構を解明するために本研究を実施している．
先行研究において，オオムギ品種「イシュクシラズ」と「カシマムギ」を交配して育成した分離集団（RILs）で匍匐性と直立性が分離することを見出した．また昨年度（初年度）はDArTseq解析により取得した5817個のゲノムワイドSNPを用いたQTL解析により，匍匐性QTLが3Hおよび4H染色体にそれぞれ2個，1個座乗することを明らかにした．
今年度（2年目）は，はじめにQTL領域における新規マーカーを開発するため，両親品種の全ゲノムリシーケンスを行い，塩基配列多型情報を取得した．これにより，4H染色体のQTL（以下，4H QTL）周辺に座乗するDNAマーカー（indel，CAPS；計12個）の開発に成功した．次に，上述のRILsを両親とする分離集団の中から，4H染色体のQTL（以下，4H QTL）がヘテロ型である個体を選抜し，その次代である分離集団（2集団；計110個体）を供試した．両方の集団において4H QTLによる表現型分離が生じたのを確認し，新規マーカーを用いてQTLのマッピングを行った．この結果，4H QTLは5.6Mbの領域中に座乗することを明らかすることができた．QTLを含む近傍領域には，イネの匍匐性を支配するPROG1のオーソログが座乗しており，5個のパラログのうち4個がQTL領域中に座乗していた．これら4個のパラログには，両親間で塩基配列変異が存在し，今年度は原因遺伝子がどれであるかを特定できなかった．
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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
QTLマッピングにより4H QTLの座乗領域の特定と絞り込みに成功した．これは，匍匐性の原因遺伝子の有力候補がHvPROG1であるという初年度の結果と矛盾しなかった．したがって，研究は順調に進捗していると考えている．
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| Strategy for Future Research Activity |
１）匍匐性QTLの解析；申請者らが先行研究により明らかにした3つのQTL領域をさらに絞り込み原因遺伝子の特定を目指す．このために，①分離集団の親である「イシュクシラズ」と「カシマムギ」のゲノムリシーケンス結果に基づいて，両親間で配列が異なる遺伝子をQTL領域において特定し，候補遺伝子の絞り込みを進めるとともに，DNAマーカーを開発する．②今年度の4H QTLマッピングと同様に，3H染色体の2個のQTLsについてもマッピングを進める．RILsを両親とする分離集団についてMIG-seq解析を行い，注目する特定のQTLのみがヘテロ型である個体を選抜する．そのQTLのみが分離する後代集団を育成し，マッピングを行い，QTLの座乗領域を絞り込む．③オオムギ品種100系統を供試して配列変異と匍匐性との対応を確認する．
２）匍匐性の表現型解析と現象理解；葉鞘基部の内生植物ホルモン量が匍匐型と直立型で異なること，向軸側と背軸側で異ならないことが明らかになった．本年度は，両親系統とRILs（匍匐型と直立型各数系統）について，葉鞘基部の内生植物ホルモン量の経時的変化を解析する．この結果により，植物ホルモン量が匍匐型と直立型で異なるのは冬季限定であること，即ち冬季の環境に対する応答現象であることを明らかにする．
３）匍匐性の環境応答解析；両親系統とRILs（匍匐型と直立型各数系統）を用いて，低温湾曲性を再現できる人工環境条件を明らかにする．一昨年度，2種類の人工気象器を用いて最低気温0℃，もしくは6℃で匍匐性発現の有無を検討した結果，両条件とも匍匐性の発現には至らず，しかも6℃の方が開張程度が大きいという予想外の結果となった．この原因として，照明の違い（0℃はLED，6℃は蛍光灯）が考えられたので，本年度は光の波長の効果について検討する．
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| Causes of Carryover |
両親品種のゲノムリシーケンスにより、4H QTL領域における塩基配列多型を多数検出し、DNAマーカーの開発に成功した。これにより、分離集団において次世代シーケンスを用いたマーカー解析が不要となり、PCRベースでのマーカー遺伝子型解析を行うことができた。その分、予算の次年度使用が生じた。
次年度は、4H QTLのマッピングおよび原因遺伝子の特定を試みるのに加えて、3H染色体の2個のQTLsについてマッピングを進める。マーカー開発状況によっては両親品種や分離集団における次世代シーケンスを行う可能性があり、次年度使用分の予算が必要になることも想定している。
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