バイオエタノール及び高品質サイレージ生産に有用なソルガムの種子高糖性遺伝子の解析

2011 Fiscal Year Research-status Report

• Project/Area Number: 23658007
• Research Institution: Nagoya University
• Principal Investigator: 佐塚 隆志 名古屋大学, 生物機能開発利用研究センター, 准教授 (70362291)
• Project Period (FY): 2011-04-28 – 2013-03-31
• Keywords: ソルガム / エネルギー作物 / 糖 / sugary

Research Abstract

本年度は、種子高糖性の品種Sugary Feterita（以下S.F.）と、種子低糖性の品種那系MS-3B雑種集団を用いた遺伝解析を行った。まず、Sugary Feteritaの種子高糖性の遺伝様式を明らかにするために、S.F.と那系MS-3Bを交配した。次にこのF1個体を育成し自殖のF2種子を収穫した。S.F.の種子高糖性は、胚乳で現れる当代発現であった。そこでF2種子の分離比を調査し遺伝様式の解析を行った。S.F.の表現型は、種子の糖度が高いだけでなく、胚乳の糊熟度や種子のしわなど可視的な表現型も同時に現れていることが確認された。そこで、遺伝子のポジショナルクローニングには種皮のしわを指標とすることにした。実際には、このF2分離種子200粒を播種後、植物体を育成しF3種子の分離も調査し後代検定を行うことでF2世代の遺伝様式を解析した。この結果、しわの表現型は多少のゆがみがあるものの3:1分離が確認された。 次に、全ゲノム中からSSR配列を1,500以上選び出し、両親の二品種間で多型を示すSSRマーカーをスクリーニングした。この結果、全ゲノムをカバーする約160のSSRマーカーを設定することに成功した。次に、これらのSSRマーカーを用いて原因遺伝子のラフマッピングを行った。F2分離種子のしわ粒由来の30個体を用いた結果、S.F.ゲノムホモ型のみになる第7染色体の遺伝子座と、S.F.ゲノムホモ型もしくは、ヘテロ型になる第9染色体の遺伝子座が存在することが明らかとなった。しかし、第9染色体の遺伝子座は野生型の個体でも同じ遺伝型であったことから、しわの表現型とは連鎖しないことが明らかとなり、しわの原因遺伝子は第７染色体の遺伝子座に座乗する一遺伝子によって支配されていることが明らかとなった。

Current Status of Research Progress

2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.

Reason

本年度の研究は、次の４つの点において、当初の目標を達成した。(1) 材料育成：Sugary Feteritaの種子高糖性の遺伝様式を明らかにするために、S.F.と那系MS-3Bを交配した。またこのF1個体を育成し自殖のF2種子を収穫した。(2) 遺伝解析：このF2分離種子200粒を播種後、植物体を育成しF3種子の分離も調査し後代検定を行うことでF2世代の遺伝様式を解析した。この結果、しわの表現型は多少のゆがみがあるものの3:1分離が確認された。(3) ジェノタイピングシステムの構築：全ゲノムをカバーする約160のSSRマーカーを設定することに成功した。(4) 原因遺伝子のラフマッピング：S.F.ゲノムホモ型のみになる第7染色体の遺伝子座と、S.F.ゲノムホモ型もしくは、ヘテロ型になる第9染色体の遺伝子座が存在することが明らかにした。また、第9染色体の遺伝子座は野生型の個体でも同じ遺伝型であったことから、しわの表現型とは連鎖しないことが明らかとなり、しわの原因遺伝子は第７染色体の遺伝子座に座乗する一遺伝子によって支配されていることが明らかにした。 これらのことから本研究課題の初年度の目標は十分達成されたと考えられる。

Strategy for Future Research Activity

まず、原因遺伝子のファインマッピングを行う。F2分離種子8,000粒からしわ粒を選抜後播種し、ファインマッピングに供試する。ラフマッピングによって確定したゲノム領域内に新たなSSRマーカーを設定し、両親間で多型を示すSSRマーカーをスクリーニングする。この新規SSRマーカーを用いて、しわ粒由来の幼苗のジェノタイピングを行い、候補領域内で染色体組換えを起こしている個体を利用して原因遺伝子の候補領域をさらに狭め、候補領域が100kb以内になるようにマッピングを行う。次に候補領域内のDNA配列を用いて、遺伝子予測を元に原因遺伝子の候補をシーケンスし、変異を同定する。　また、ソルガムではアグロバムテリウムを介した形質転換実験が困難であるため、同じイネ科であるイネの形質転換系を用いて相補性検定を行う。Sugary Feteritaの変異が劣性で機能欠失型であった場合、種子低糖性品種の候補遺伝子（正常型）のゲノムDNAをバイナリーベクターに挿入し、アグロバムテリウムを介したイネの形質転換系によってイネ変異体に形質転換する。対照実験としてSugary Feteritaのゲノム断片（変異型）も導入する。種子低糖性の遺伝子（正常型）の導入及び発現によって、イネ変異体のSugary Feterita様の表現型を相補できれば、この遺伝子の生物活性が示され、その機能欠失がSugary Feteritaの表現型であることの強い根拠となる。原因遺伝子が単離された後は、必要があれば植物生理学的、形態学的、生化学的研究などを進める。　また、平成23年度に交配したSugary FeteritaとスイートソルガムのF1個体を育成し、F2種子を得ることで今後の超高糖性育種の材料を整備する。得られた結果はとりまとめ、成果発表を行う。

Expenditure Plans for the Next FY Research Funding

次年度の研究費の使用計画に関して、原因遺伝子のファインマッピング及び遺伝子の形質転換などのために、分子生物学実験に使用する試薬などを物品費として計上した。また、研究材料である植物体の研究圃場での大規模展開を行うため、苗床や圃場育成に必要な用品なども物品費として計上し、圃場作業の補助として人件費・謝金を計上した。また、得られた成果を学会発表するための費用を旅費に計上し、論文発表のための英文校閲の費用をその他に計上した。