直播水稲の収量ポテンシャル向上に関わる遺伝子座の作用機構と集積効果の統合的解明

2014 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 25252007
• Research Institution: Tokyo University of Agriculture and Technology
• Principal Investigator: 平沢 正 東京農工大学, (連合)農学研究科(研究院), 教授 (30015119)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 山口 琢也 富山県農林水産総合技術センター(農業研究所、森林研究所及び木材研究所), その他部局等, 研究員 (40538170) ; 金勝 一樹 東京農工大学, (連合)農学研究科(研究院), 教授 (60177508) ; 大川 泰一郎 東京農工大学, (連合)農学研究科(研究院), 准教授 (80213643)
• Project Period (FY): 2013-04-01 – 2018-03-31
• Keywords: 作物学 / 植物育種学 / 植物生理学 / 作物生産生理学

Outline of Annual Research Achievements

低温土中出芽性に優れる阿波赤米型の対立遺伝子（qESS11）を第11染色体に持つコシヒカリを遺伝背景とするNIL（置換領域は201kbp）と、穂発芽耐性を有するKasalathの対立遺伝子（Sdr1）を第3染色体に持つNIL（置換領域は450kbp）の交配後代から、ホモ個体を５個体選抜した。さらに、個葉光合成速度（qCAR11）、強稈化（SCN2およびSCM3）に関わる５遺伝子全てがヘテロ型の個体を３個体選抜した。
低温発芽性に優れる阿波赤米の対立遺伝子(qLTG3-1)を持つ種子の低温発芽性は生産環境に左右されずに安定しており、発芽過程で低温ショックタンパク質(CSP)が誘導されることを確認した。一方、qESS11を持つ種子は低温発芽時に低分子量熱ショックタンパク質(smHSP)の発現量が多いことが示された。またどちらの遺伝子産物も種子成熟期間の後期に機能することも明らかになった。
挫折型とたわみ型倒伏抵抗性の優れる強稈系統中国117号のもつ強稈の第2染色体の対立遺伝子SCM4を特定し、コシヒカリ背景のNIL-SCM4の作出を行った。また、中国117号の第3染色体のSCM3と第2染色体のSCM4の集積による太稈形質への効果を確認し、中国117号および強稈品種ハバタキに由来する強稈遺伝子SCM1～SCM4の3集積系統の育成を行った。
光合成速度を高めるハバタキ対立遺伝子を第4染色体と第11染色体に持つコシヒカリを遺伝背景とする集積系統（それぞれの置換領域は2.7Mb、5.7Mb）の光合成速度は穂揃い期以後コシヒカリを大きく上回ったが、葉面積指数が小さいため、登熟期間中の乾物生産速度、子実収量はコシヒカリを上回ることはなかった。光合成速度を高める第4、5、8染色体のハバタキ対立遺伝子の座上する候補領域を1Mb以下に絞り込むための系統を育成した。

Current Status of Research Progress

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

Reason

プロテオーム解析により、低温発芽性に優れるqLTG3-1とqESS11の遺伝子産物が関わると考えられる因子が特定できた。中国117号の第２染色体の強稈の関わる量的形質遺伝子座の候補領域の特定を行い準同質遺伝子系統（NIL）を作出し、強稈に関わる3遺伝子を集積した系統を作出できた。第4、5、8染色体に座上する光合成速度を高めるハバタキ対立遺伝子の候補領域を1Mb以下に狭めたNILの作出を進めた。さらに、低温土中出芽性、穂発芽耐性、個葉光合成速度、強稈化に関わる５遺伝子全てが1Mb以下の領域に置換されているヘテロ型の個体を選抜でき、目的とする集積系統の育成が順調に進展している。

Strategy for Future Research Activity

1. qESS11とSdr1を集積したNILの出芽特性およびコシヒカリとの同質性を評価する。また、５つの有用遺伝子全てがホモ型に固定したNILの選抜を進める。
2. qLTG3-1もqESS11も種子成熟期間の後期に機能して高い低温発芽性を維持することが明らかになったので、この期間における2つの遺伝子産物の果たす役割について重点的に解析を進める。
3. 挫折型およびたわみ型倒伏抵抗性の優れるタカナリ、リーフスターの強稈性に関わる強稈形質のQTLの特定、SCM1-SCM4の4集積系統の作出を行い、他の直播関連形質のQTLとの集積に用いる育種素材を育成する。
4. 光合成速度を高めるQTLを３つ集積した系統の光合成速度、乾物生産特性、収量を調べる。併せて、第4、5、8染色体に座上する光合成速度を高めるハバタキ対立遺伝子の作用機構の詳細を解明する。そして、これらの遺伝子候補領域を1Mb以下に狭めたNILの作出と、これらNILを交配し、個葉光合成速度を高める遺伝子領域が1Mb以下に置換されている多くの集積系統の作成を進める。

Research Products

• [Journal Article] Isolation of a novel lodging resistance QTL gene involved in strigolactone signaling and its pyramiding with a QTL gene involved in another mechanism (2014)
  • Author(s): Kenji Yano, Taiichiro Ookawa, Koichiro Aya, Yusuke Ochiai, Tadaashi Hirasawa, Takeshi Ebitani, Takeshi Takarada, Masahiro Yano, Toshio Yamamoto, Shuichi Fukuoka, Jianzhong Wu, Tsuyu Ando, Ordonio Reynante, Ko Hirano, Makoto Matsuoka
  • Journal Title: Molecular Plant Volume: 8 Pages: 303-314
  • DOI: 10.1016/j.molp.2014.10.009
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Increased lodging resistance in long-culm, low-lignin gh2 rice for improved feed and bioenergy production (2014)
  • Author(s): Taiichiro Ookawa, Kazuya Inoue, Makoto Matsuoka, Takeshi Ebitani, Takeshi Takarada, Toshio Yamamoto, Tadamasa Ueda, Tadashi Yokoyama, Chisato Sugiyama, Satoshi Nakaba, Ryo Funada, Hiroshi Kato, Motoki Kanekatsu, Koki Toyota, Takashi Motobayashi, Mehran Vazirzanjani, Seisyu Tojo, Tadashi Hirasawa
  • Journal Title: Scientific Reports Volume: 4 Pages: 1-9
  • DOI: 10.1038/srep06567
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Presentation] 水稲における強稈関連形質の量的形質遺伝子座の特定とその作用機作 (2015)
  • Author(s): 山本一洋、山本敏央、上田忠正、平沢正、大川泰一郎
  • Organizer: 日本作物学会第239 回講演会
  • Place of Presentation: 日本大学（神奈川県藤沢市）
  • Year and Date: 2015-03-27 – 2015-03-28
• [Presentation] 水稲における半矮性遺伝子sd1が強稈性および収量に及ぼす影響 －タカナリとコシヒカリの正逆NILs-SD1を用いて－ (2015)
  • Author(s): 小林俊也、山本敏央、平沢正、大川泰一郎
  • Organizer: 日本作物学会第239 回講演会
  • Place of Presentation: 日本大学（神奈川県藤沢市）
  • Year and Date: 2015-03-27 – 2015-03-28
• [Presentation] 水稲の強稈性に関与する太稈および強稈質関連形質の量的形質遺伝子座解析 －リーフスターとコシヒカリの組換え自殖系統を用いて－ (2015)
  • Author(s): 鈴木浩貴、松木美紗、山本敏央、上田忠正、平沢正、大川泰一郎
  • Organizer: 日本作物学会第239 回講演会
  • Place of Presentation: 日本大学（神奈川県藤沢市）
  • Year and Date: 2015-03-27 – 2015-03-28
• [Presentation] 水稲稈の高炭水化物蓄積および強稈質に関わる形質の量的遺伝子座解析 －リーフスターとコシヒカリの組換え自殖系統を用いて－ (2015)
  • Author(s): 松木美紗、鈴木浩貴、山本敏央、上田忠正、大杉立、青木直大、平沢正、大川泰一郎
  • Organizer: 日本作物学会第239 回講演会
  • Place of Presentation: 日本大学（神奈川県藤沢市）
  • Year and Date: 2015-03-27 – 2015-03-28
• [Presentation] タカナリ／コシヒカリ染色体断片置換系統群を用いた水稲の強稈性に関わる形質のQTLの推定 (2015)
  • Author(s): 服部 智宏、山本 敏央、青羽 遼、平沢 正、大川 泰一郎
  • Organizer: 日本育種学会第127回講演会
  • Place of Presentation: 玉川大学（東京都町田市）
  • Year and Date: 2015-03-21 – 2015-03-22
• [Presentation] qLTG3-1を持つ準同質遺伝子系統を用いた低温条件下で吸水させた種子のプロテオーム的解析 (2015)
  • Author(s): 水鳥希洋人、山口琢也、山田哲也、金勝一樹
  • Organizer: 第５６回日本植物生理学会年会
  • Place of Presentation: 東京農業大学世田谷キャンパス（東京都）
  • Year and Date: 2015-03-18
• [Presentation] Optimization of Seed Germinability for Direct Seeding By Stacking QTLs in Rice (2015)
  • Author(s): Takuya Yamaguchi, Yukihide Iyama, Kazuhiko Sugimoto, Masahiro Yano, Motoyasu Omoteno, Kenji Fujita, Kazumasa Murata, Takeshi Ebitani
  • Organizer: Plant and Animal Genome XXIII Conference
  • Place of Presentation: San Diego（USA）
  • Year and Date: 2015-01-10 – 2015-01-14
• [Presentation] Analysis of QTLs for strong culm traits using reciprocal chromosome segment substitution lines derived from a cross between rice varieties Koshihikari and Takanari (2014)
  • Author(s): Toshiya Kobayashi, Ryo Aoba, Toshio Yamamoto, Toshiyuki Takai, Chisato Sugiyama, Kazuhiro Yamamoto, Tomohiro Hattori, Mehran Vazirzanjani, Tadashi Hirasawa, Taiichiro Ookawa
  • Organizer: The 8th Asian Crop Science Association Conference
  • Place of Presentation: ベトナム国立農業大学（ベトナム、ハノイ市）
  • Year and Date: 2014-09-23 – 2014-09-25
• [Presentation] Estimation of quantitative trait loci associated with lodging resistance using a set of reciprocal chromosome segment substitution lines derived from crosses between rice varieties Koshihikari and Takanari (2014)
  • Author(s): Kazuhiro Yamamoto, Toshio Yamamoto, Chisato Sugiyama, Tadashi Hirasawa, Taiichiro Ookawa
  • Organizer: The 8th Asian Crop Science Association Conference
  • Place of Presentation: ベトナム国立農業大学（ベトナム、ハノイ市）
  • Year and Date: 2014-09-23 – 2014-09-25
• [Presentation] New approach for improving the lodging resistance in rice using superior alleles of strong culm genes in natural variants (2014)
  • Author(s): Taiichiro Ookawa, Toshiya Kobayashi, Takeshi Ebitani, Toshio Yamamoto, Tadashi Hirasawa
  • Organizer: The 8th Asian Crop Science Association Conference
  • Place of Presentation: ベトナム国立農業大学（ベトナム、ハノイ市）
  • Year and Date: 2014-09-23 – 2014-09-25
• [Presentation] A ‘Takanari’ (indica) genome segment which increases dry matter production and grain yield as well as the rate of leaf photosynthesis in rice with a ‘Koshihikari’ (japonica) genetic background. (2014)
  • Author(s): Hirasawa T, Yamashita M, Yamamoto T, Ueda T, Otsuka C, Ookawa T
  • Organizer: 8th Asian Crop Science Association Conference
  • Place of Presentation: ベトナム国立農業大学（ベトナム、ハノイ市）
  • Year and Date: 2014-09-23 – 2014-09-25
• [Presentation] 種子の収穫時期が水稲の低温土中出芽性に及ぼす影響 (2014)
  • Author(s): 山口琢也、伊山幸秀、表野元保、蛯谷武志
  • Organizer: 北陸作物・育種学会第５１回講演会
  • Place of Presentation: ホテルグランテラス富山（富山県富山市）
  • Year and Date: 2014-07-18 – 2014-07-19
• [Presentation] The allele of an indica variety Takanari on chromosome 10 enhancing the rate of leaf photosynthesis increases dry matter production and grain yield of the rice with a genetic background of a japonica variety Koshihikari. (2014)
  • Author(s): Tadashi Hirasawa, Masahiro Yamashita, Toshio Yamamoto, Tadamasa Ueda, Chikako Otsuka and Taiichiro Ookawa
  • Organizer: Gordon Research Conference
  • Place of Presentation: Waterville Valley (NH, USA)
  • Year and Date: 2014-06-08 – 2014-06-23