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2023 Fiscal Year Research-status Report

New technology to produce a set of a cytoplasmic male sterile line, a maintainer line, and a restorer line from a single cultivar

Research Project

Project/Area Number 23K18016
Research InstitutionTohoku University

Principal Investigator

鳥山 欽哉  東北大学, 農学研究科, 教授 (20183882)

Project Period (FY) 2023-06-30 – 2025-03-31
Keywords育種学 / 遺伝学 / 遺伝子 / ゲノム / 植物 / イネ
Outline of Annual Research Achievements

本研究では標準的な単独の「栽培品種」から、価値の高い「細胞質雄性不稔系統(CMS系統)」、及び「維持系統」と「回復系統」をセットで生み出す新システムを、ゲノム編集を駆使して開発することを目的とした。
本研究の作業仮説は、「日本型のイネ栽培品種は、潜在的CMS原因遺伝子(orf288)をミトコンドリアゲノムに隠し持っているが、普段は 核のRf遺伝子(PPR遺伝子:配列特異的RNA結合タンパク質をコードする)の制御を受けて顕在化しない。Rf遺伝子を取り除くと 潜在的CMS原因遺伝子が発現し、CMSとなる)」である。
「CMS系統」を作出する目的で、栽培品種 「台中65号」に存在するRf-like PPR遺伝子を3個ノックアウトした個体を作出したところ、orf288の発現を誘導することができた。3個のPPR遺伝子変異が全てホモ型のものを選抜して結実率を調査したが、雄性不稔性は示さなかった。CMSにするには、追加で別のPPR遺伝子もノックアウトする必要があると考えられた。
「維持系統」を作出する目的で、orf288をミトコンドリアゲノム編集技術mitoTALENを用いてノックアウトした個体を作出した。Orf288を欠失させても 植物体の生育や結実率に悪影響は見られなかった。ヌルセグリガントを選抜して、次に、CRISPR-Cas9を用いて核のPPR遺伝子を3個同時に破壊した個体を作出した。植物体の生育や結実率に悪影響は見られなかった。維持系統を作出する下地が完成した。
回復系統は、元の栽培品種がそのまま使える予定である。

Current Status of Research Progress
Current Status of Research Progress

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

Reason

PPR遺伝子をノックアウトして、CMS系統を作出できる予定であったが、まだ、CMS系統を作出できていない。しかし、ミトコンドリアゲノムに存在するorf288、および、核に存在するPPR遺伝子を3種類同時にノックアウトした個体のホモ型変異ヌルセグリガントを選抜したので、概ね順調と判断した。

Strategy for Future Research Activity

雄性不稔性(CMS)にするには、追加で別のPPR遺伝子もノックアウトする必要があると考えられた。候補となる別のPPR遺伝子が2個存在するので、これらをターゲットとしたCRISPR-Cas9ベクターを構築し、PPR遺伝子を3種類同時にノックアウトした個体のホモ型変異ヌルセグリガントに対して遺伝子導入する。ノックアウト変異がホモ型となったヌルセグリガントを選抜して雄性不稔性を示せば、仮説通りCMS系統を生み出す新システムが確立できたこととなる。

Causes of Carryover

PPR遺伝子をノックアウトして、CMS系統を作出できた時に、ノックアウトされた遺伝子が他に存在しないかを次世代シークエンサー(NGS)で解析する予定であったが、CMSが令和5年度中に得られなかったため、NGS解析を令和6年度に行うこととしたため。

  • Research Products

    (6 results)

All 2024 2023

All Journal Article (1 results) (of which Peer Reviewed: 1 results,  Open Access: 1 results) Presentation (4 results) (of which Int'l Joint Research: 2 results) Patent(Industrial Property Rights) (1 results) (of which Overseas: 1 results)

  • [Journal Article] The mitochondrial and plastid genomes of Oryza sativa L. cv. Taichung 652023

    • Author(s)
      Ichida Hiroyuki、Kazama Tomohiko、Arimura Shin-ichi、Toriyama Kinya
    • Journal Title

      Plant Biotechnology

      Volume: 40 Pages: 109~112

    • DOI

      10.5511/plantbiotechnology.22.1213a

    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Presentation] 台中65号の細胞質を持つOryza glaberrimaの細胞質雄性不稔性原因遺伝子はorf288である2024

    • Author(s)
      五十嵐圭介, 岩井裕子, 高塚歩, 風間智彦, 有村慎一, 鳥山 欽哉
    • Organizer
      日本育種学会第145回講演会
  • [Presentation] 日本晴のミトコンドリア遺伝子orf288は核をO.glaberrimaに置換すると発現する2023

    • Author(s)
      五十嵐圭介,岩井裕子,古田智敬,鳥山欽哉
    • Organizer
      イネ遺伝学・分子生物学ワークショップ2023
  • [Presentation] Analysis of genes related to cytoplasmic male sterility Oryza graberrima with a cytoplasm of japonica rice2023

    • Author(s)
      Igarashi K, Takeda S, Iwai Y, Toriyama K
    • Organizer
      6th Plants and People Conference
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Molecular analysis of cytoplasmic male sterile in O.glaberrima2023

    • Author(s)
      Igarashi K, Takeda S, Iwai Y, Toriyama K
    • Organizer
      6th International Rice Congress 2023
    • Int'l Joint Research
  • [Patent(Industrial Property Rights)] 細胞質雄性不稔系統と維持系統の作出方法2024

    • Inventor(s)
      鳥山欽哉・五十嵐圭介・岩井裕子・武田信哉・高塚歩・風間智彦
    • Industrial Property Rights Holder
      鳥山欽哉・五十嵐圭介・岩井裕子・武田信哉・高塚歩・風間智彦
    • Industrial Property Rights Type
      特許
    • Industrial Property Number
      PCT/JP2024/009165
    • Overseas

URL: 

Published: 2024-12-25  

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