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Analysis of the molecular evolutional mechanism of seed dormancy genes and development of precision breeding technology in barley and wheat

Research Project

Project/Area Number 19H00943
Research Category

Grant-in-Aid for Scientific Research (A)

Allocation TypeSingle-year Grants
Section一般
Review Section Medium-sized Section 39:Agricultural and environmental biology and related fields
Research InstitutionOkayama University

Principal Investigator

Sato Kazuhiro  岡山大学, 資源植物科学研究所, 教授 (60215770)

Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) 安倍 史高  国立研究開発法人農業・食品産業技術総合研究機構, 作物研究部門, 主任研究員 (30370547)
大西 一光  帯広畜産大学, 畜産学部, 准教授 (50526704)
久野 裕  岡山大学, 資源植物科学研究所, 准教授 (70415454)
Project Period (FY) 2019-04-01 – 2023-03-31
Project Status Completed (Fiscal Year 2022)
Budget Amount *help
¥45,370,000 (Direct Cost: ¥34,900,000、Indirect Cost: ¥10,470,000)
Fiscal Year 2022: ¥10,140,000 (Direct Cost: ¥7,800,000、Indirect Cost: ¥2,340,000)
Fiscal Year 2021: ¥10,140,000 (Direct Cost: ¥7,800,000、Indirect Cost: ¥2,340,000)
Fiscal Year 2020: ¥11,050,000 (Direct Cost: ¥8,500,000、Indirect Cost: ¥2,550,000)
Fiscal Year 2019: ¥14,040,000 (Direct Cost: ¥10,800,000、Indirect Cost: ¥3,240,000)
Keywordsゲノム編集 / 遺伝解析 / 育種技術 / 分子育種 / 育種 / 遺伝子 / 穂発芽 / 遺伝子進化 / 遺伝子間相互作用 / 相互作用 / 進化 / DNAマーカー
Outline of Research at the Start

ムギ類の種子休眠は雨の多い地域で収穫前に穀粒の芽が出る「穂発芽」を防ぎ、ビール醸造に用いる麦芽を均一に加工するために重要な形質である。ムギ類を適度な休眠レベルにするには個々の遺伝子の機能を理解して組合せる必要がある。本研究ではこれらの遺伝子を中心に、休眠性遺伝子の自然変異をカタログ化し、形質転換およびゲノム編集による改変で遺伝子を制御して、組換えタンパク質などによって遺伝子機能を確認する。さらに、複数の遺伝子とその変異が組合さって世界各地で進化したオオムギ品種の休眠性変異の成立過程を解析する。最終的に目的とする種子休眠を得るための自然および人為変異の組合せを精密に制御する育種戦略を提案する。

Outline of Final Research Achievements

Genome editing of barley seed dormancy genes Qsd1 and Qsd2 was performed to confirm that dormancy was prolonged when Qsd1 and Qsd2 alone and both, respectively, were mutated. A triple mutant of TaQsd1, the wheat homoeologous gene of barley Qsd1, was generated by genome editing, and a clear prolongation of seed dormancy was confirmed. Furthermore, we performed high quality genome sequencing of the wheat cultivar "Fielder" used for genome editing, confirmed that there were no exogenous genes or off-target mutations, submitted a field cultivation test to the Ministry of Education, Culture, Sports, Science and Technology, and conducted a seed dormancy test.

Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements

種子休眠性遺伝子のゲノム編集およびその手法、オオムギおよびコムギのゲノム解読などの研究内容は、主要な国際雑誌に掲載され、その後海外からの種子分譲依頼、国際学会での講演依頼などがあり、国際的にも高く評価された。また、本研究でのオオムギおよびコムギのゲノム編集はいずれも国内初の実施例であり、一般向け書籍および商業誌の執筆依頼などがあり、すでに出版されている。また、コムギのゲノム編集個体の野外栽培は、農研機構で最初のゲノム編集の野外栽培例であり、育種への貢献が期待されている。

Report

(6 results)
  • 2022 Annual Research Report   Final Research Report ( PDF )
  • 2021 Annual Research Report
  • 2020 Annual Research Report
  • 2019 Comments on the Screening Results   Annual Research Report
  • Research Products

    (30 results)

All 2023 2022 2021 2020 2019 Other

All Int'l Joint Research (5 results) Journal Article (7 results) (of which Int'l Joint Research: 2 results,  Peer Reviewed: 7 results,  Open Access: 6 results) Presentation (14 results) (of which Int'l Joint Research: 1 results,  Invited: 1 results) Book (3 results) Patent(Industrial Property Rights) (1 results)

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    • Author(s)
      Nakayama Rio、Safi Mohammad Taheb、Ahmadzai Waisuddin、Sato Kazuhiro、Kawaura Kanako
    • Journal Title

      Scientific Reports

      Volume: 12 Issue: 1

    • DOI

      10.1038/s41598-022-15733-2

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      Hisano Hiroshi、Hoffie Robert E.、Abe Fumitaka、Munemori Hiromi、Matsuura Takakazu、Endo Masaki、Mikami Masafumi、Nakamura Shingo、Kumlehn Jochen、Sato Kazuhiro
    • Journal Title

      Plant Biotechnology Journal

      Volume: 20 Issue: 1 Pages: 37-46

    • DOI

      10.1111/pbi.13692

    • NAID

      120007150189

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    • Author(s)
      Sato Kazuhiro、Abe Fumitaka、Mascher Martin、Haberer Georg、Gundlach Heidrun、Spannagl Manuel、Shirasawa Kenta、Isobe Sachiko
    • Journal Title

      DNA Research

      Volume: 28 Issue: 3

    • DOI

      10.1093/dnares/dsab008

    • NAID

      120007144311

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    • Author(s)
      Sato Kazuhiro、Takeda Kazuyoshi、Ma Jian Feng
    • Journal Title

      Journal of Cereal Science

      Volume: 101 Pages: 103297-103297

    • DOI

      10.1016/j.jcs.2021.103297

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  • [Journal Article] Protocol for Genome Editing to Produce Multiple Mutants in Wheat2020

    • Author(s)
      Fumitaka Abe, Yuji Ishida, Hiroshi Hisano, Masaki Endo, Toshihiko Komari, Seiichi Toki, Kazuhiro Sato
    • Journal Title

      STAR Protocols

      Volume: 1 Issue: 2 Pages: 100053-100053

    • DOI

      10.1016/j.xpro.2020.100053

    • NAID

      120006884905

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  • [Journal Article] Genome-Edited Triple-Recessive Mutation Alters Seed Dormancy in Wheat2019

    • Author(s)
      Abe Fumitaka、Haque Emdadul、Hisano Hiroshi、Tanaka Tsuyoshi、Kamiya Yoko、Mikami Masafumi、Kawaura Kanako、Endo Masaki、Onishi Kazumitsu、Hayashi Takeshi、Sato Kazuhiro
    • Journal Title

      Cell Reports

      Volume: 28 Issue: 5 Pages: 1362-1369

    • DOI

      10.1016/j.celrep.2019.06.090

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    • Author(s)
      Tanaka, T. Ishikawa, G., Ogiso-Tanaka, E., Yanagisawa, T. Sato, K.
    • Journal Title

      Frontiers in Plant Sci.

      Volume: 10 Pages: 577-577

    • DOI

      10.3389/fpls.2019.00577

    • NAID

      120006733905

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  • [Presentation] ゲノム編集によるTaQsd1三重変異体の野外栽培での休眠性評価2022

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      加星光子・安倍史高・蝶野真喜子・久野裕・佐藤和広
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      植物化学調節学会
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  • [Presentation] 種子休眠遺伝子に標的変異導入されたオオムギの遺伝子発現解析2022

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      久野 裕・宗森 広美・佐藤 和広
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      加星光子・安倍史高・神谷容子・川浦香奈子・久野裕・佐藤和広
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      PAG ASIA 2022
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  • [Presentation] オオムギ種子休眠遺伝子の標的変異導入による発芽の制御2021

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      久野裕・Robert Hoffie・安倍史高・宗森広美・松浦恭和・遠藤真咲・三上 雅史・中村信吾・Jochen Kumlehn・ 佐藤 和広
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      第38回日本バイオテクノロジー学会
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      久野裕・Robert Hoffie・安倍史高・宗森広美・松浦恭和・遠藤真咲・三上 雅史・中村信吾・Jochen Kumlehn・ 佐藤 和広
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      加星光子・安倍史高・蝶野真喜子・森山力・田部井豊・久野裕・佐藤和広
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      加星光子・安倍史高・蝶野真喜子・森山力・田部井豊・久野裕・佐藤和広
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      久野 裕・Robert Hoffie・山根 美樹・宗森 広美・Jochen Kumlehn・佐藤 和広
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      久野裕・R. Hoffie・山根美樹・宗森広美・J. Kumlehn・佐藤和広
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  • [Presentation] オオムギ種子休眠性を制御するQsd1およびQsd2遺伝子の二重変異体の作出2019

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      久野 裕・R. Hoffie・山根 美樹・宗森 広美・J. Kumlehn・佐藤 和広
    • Organizer
      第11回中国地域育種談話会
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  • [Book] ゲノム編集技術(第3節第3項「ゲノム編集によるムギ類種子休眠性の改良」(pp.183-192))2023

    • Author(s)
      加星光子・安倍史高・久野裕・佐藤和広
    • Total Pages
      315
    • Publisher
      情報機構
    • ISBN
      9784865022421
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  • [Book] ゲノム編集食品(穂発芽耐性コムギの開発(pp.175-183))2022

    • Author(s)
      安倍史高・佐藤和広
    • Total Pages
      325
    • Publisher
      NTS
    • ISBN
      9784860437169
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  • [Book] 植物バイオテクノロジーでめざすSDGs(第8章穂発芽しないコムギをめざして(pp.76-88))2022

    • Author(s)
      加星光子・安倍史高・佐藤和広
    • Total Pages
      168
    • Publisher
      化学同人
    • ISBN
      9784759820867
    • Related Report
      2022 Annual Research Report
  • [Patent(Industrial Property Rights)] はるな二条Qsd12019

    • Inventor(s)
      佐藤和広
    • Industrial Property Rights Holder
      佐藤和広
    • Industrial Property Rights Type
      特許
    • Filing Date
      2019
    • Acquisition Date
      2022
    • Related Report
      2021 Annual Research Report

URL: 

Published: 2019-04-18   Modified: 2024-01-30  

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