アブラナ近郊系統間に生じた新規一側性不和合性の遺伝育種学的解析

Research Project

Project/Area Number	22K05581
Research Category	Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
Allocation Type	Multi-year Fund
Section	一般
Review Section	Basic Section 39010:Science in plant genetics and breeding-related
Research Institution	Tohoku University
Principal Investigator	高田美信東北大学, 生命科学研究科, 技術専門職員 (30451610)
Project Period (FY)	2022-04-01 – 2025-03-31
Project Status	Granted (Fiscal Year 2023)
Budget Amount *help	¥4,160,000 (Direct Cost: ¥3,200,000、Indirect Cost: ¥960,000) Fiscal Year 2024: ¥1,040,000 (Direct Cost: ¥800,000、Indirect Cost: ¥240,000) Fiscal Year 2023: ¥910,000 (Direct Cost: ¥700,000、Indirect Cost: ¥210,000) Fiscal Year 2022: ¥2,210,000 (Direct Cost: ¥1,700,000、Indirect Cost: ¥510,000)
Keywords	アブラナ科植物 / 自家不和合性 / 一側性不和合性 / 花粉・柱頭情報伝達 / 受粉時不和合性 / 種内一側性不和合性
Outline of Research at the Start	アブラナ科植物の受粉時認識・不和合性機構には、S遺伝子座を介した自己認識による自家不和合性；SIが知られている。しかし、アブラナ科植物のゲノム中には受粉時不和合性を引き起こす潜在的な未同定のリガンド・受容体が存在すると考えられている。本研究課題は新規に見出した。種内一側性不和合性現象の原因遺伝子単離解析を行う。得られる成果は植物育種学研究のみならず、進化生態学的研究においても新規かつ重要な知見をもたらすと期待できる。
Outline of Annual Research Achievements	アブラナ科植物Brassica rapa集団の自殖による近交系統育成とその総当たり交配試験の結果からこれまでに報告の無い、新規な交一側性不和合性組合せ(UIb)を見出し、その原因遺伝子解明を行っている。これまでの研究で遺伝学的にUIbの♂側、♀側の両候補遺伝子が代表者自身で以前に単離した日本とトルコ由来系統間で起こる一側性不和合性(UI)の原因遺伝子座と同一である可能性を示す結果を得られている。そこで、UIbの♀側系統S27が持つSUI1アレルであるSUI1-3をB. rapaに遺伝子導入した結果、現在までに3個体の形質転換体が得られている。最終年度に形質転換体の表現型し、UIb柱頭側形質を導入することができるかどうか検討する。　花粉側因子については、候補遺伝子である並列に3つの重複が見られるPUI1遺伝子の簡易的な発現解析と多型解析を行ったところ、3つ重複PUI1遺伝子のうち、一つは開始コドン後4bpにstopコドンを生じる変異が存在していること、もう一つは葯内での発現量が低いという結果を得た。これらにより、3つのPUI1重複遺伝子のうち、PUI1-4と名付けた遺伝子がUIbの花粉側原因因子ではないかと推察した。本年度は、PUI1-4の形質転換実験を開始した。最終年度にその形質を確認する。また、これまでに単離しているPUI1のアレル情報、遺伝子重複情報をもとに、PUI1アレルの単独機能が特異的なSUI1との結合を生む可能性が考えられたため、PUI1アレル6種類を外的に導入した個体の作成、と内在するPUI1配列へのゲノム編集を開始した。
Current Status of Research Progress	Current Status of Research Progress 2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned. Reason 概要で述べた通り、詳細なマッピングと多型解析ならびに発現解析の結果から、新規な受粉時不和合性(一側性不和合性)組合せを支配する柱頭側・花粉側の両因子候補を単離するに至っている。また、柱頭側因子に関しては遺伝子導入実験を開始しており、花粉側候補因子についても23年度より開始する予定である。当初予定では遺伝子導入による原因遺伝子の機能証明を23年度内に開始するとしていたことから、計画以上に進展していると評価した。
Strategy for Future Research Activity	作出済みの形質転換植物を用いて、UIb形質が付与されるかどうかを確認する。これら実験の際には、UI形質と自家不和合性形質を厳密にコントロールした系統を使用する必要があるが、既に複数のS遺伝子型背景のUI系統を育成済みであり、問題は生じないと思われる。花粉側因子については、PUI1-4を第一候補遺伝子としているが、ゲノム中に存在しているPUI1-3遺伝子も依然として候補の一つであるため、今後得られる予定のPUI1アレル形質転換個体の花粉側不和合性形質を大規模に調査する。近年、細胞膜上でのリガンド受容体とそのシグナル伝達機構研究において、大きな成果を見せているベンサミアナタバコでの一過的発現とsplit-Luciferaseを用いて、SUI1の細胞内での結合解析を開始し、既に遺伝学的に明らかにしていた自家不和合性関連因子とSUI1の結合を確認している。今後、PUI1ペプチド添加時の結合強度等を調査する予定である。