2021 Fiscal Year Annual Research Report
細胞質雄性不稔性トマトの雄性不稔化と稔性回復の分子機構解明
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21J20479
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| Allocation Type | Single-year Grants |
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| Research Institution | University of Tsukuba |
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Principal Investigator |
桑原 康介 筑波大学, 理工情報生命学術院, 特別研究員(DC1)
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| Project Period (FY) |
2021-04-28 – 2024-03-31
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| Keywords | 細胞質雄性不稔性 / ミトコンドリア / トマト / 花粉 / 稔性回復 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
トマト細胞質雄性不稔（CMS）を引き起こすCMS原因遺伝子を探索するため、トマト稔性系統とトマトCMS系統のミトコンドリアゲノムを構築・比較し、CMS原因遺伝子候補を絞り込むことに成功した（Kuwabara et al., 2021 Hort. Res.）。
さらに、CMS原因遺伝子候補をミトコンドリアゲノム編集技術を用いて破壊した際に、稔性花粉が形成されたことから、ミトコンドリア遺伝子orf137をトマトCMS原因遺伝子として同定することに成功した（Kuwabara et al., 2022 Plant Physiol.）。
トマトCMS系統の花粉は正常に発達できるが、発芽することができない。CMS原因遺伝子orf137がどのように花粉発芽を阻害しているかを明らかにするために、RNA-Seqを用いて網羅的遺伝子発現解析を実施した。その結果、トマトCMS系統の花粉で発現量が変動し、花粉発芽に重要であることが知られている核遺伝子を複数検出することに成功した。
トマトCMS系統の稔性を回復させる稔性回復遺伝子はトマト稔性回復系統（Solanum pimpinellifolium と S. lycopersicum var. cerasiforme）の核ゲノム上に存在する。稔性回復遺伝子候補として特定していた1つの遺伝子をトマトCMS系統に遺伝子導入したが、稔性は回復せず、真の稔性回復遺伝子ではないことがわかった。しかし、近傍領域にはトマト稔性回復系統とトマトCMS系統の間で塩基配列に差異が見られる遺伝子を9個発見できており、花粉発芽に重要であることが知られている遺伝子も含まれている。これらの遺伝子をトマトCMS系統に導入して稔性回復を調査している。
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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
令和3年度の研究実施計画において予定していたCMS原因遺伝子の同定を達成することができた。さらに、これに関する成果として2つの論文（Kuwabara et al., 2021 Hort. Res.、Kuwabara et al., 2022 Plant Physiol.）が受理された。
また、CMS原因遺伝子orf137が花粉発芽を阻害している要因として、花粉発芽に重要な核遺伝子の発現変動を捉えることに成功している。orf137がCMSを引き起こすメカニズムの解明につながると期待でき、こちらも当初の計画通りに進んでいる。
一方で、稔性回復遺伝子候補として特定していた遺伝子が真の稔性回復遺伝子ではないことが判明した。そのため、当初の計画から一部遅れているが、すでに新たな稔性回復遺伝子候補を9個選抜することに成功している。現在、これら9個の候補遺伝子をトマトCMS系統に導入し、稔性が回復するかを調査している段階である。
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| Strategy for Future Research Activity |
トマトCMS原因遺伝子orf137が花粉発芽を阻害するメカニズムを解明するために、RNA-Seqによる網羅的遺伝子発現解析で見出した花粉発芽に重要な遺伝子について、プロテオーム解析によりタンパク質量の変動を捉える。
また、新たに選抜した稔性回復遺伝子候補9個をトマトCMS系統に遺伝子導入し、稔性が回復するかを調査する。稔性回復遺伝子を同定でき次第、稔性回復遺伝子の機能解明を実施していく予定である。
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