Environmental response mechanisms of purple sweet potato yield and quality based on field trials in temperate and subtropical zones.

Research Project

Project/Area Number	23K23592
Project/Area Number (Other)	22H02327 (2022-2023)
Research Category	Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
Allocation Type	Multi-year Fund (2024) Single-year Grants (2022-2023)
Section	一般
Review Section	Basic Section 39020:Crop production science-related
Research Institution	Kagoshima University
Principal Investigator	坂上潤一鹿児島大学, 農水産獣医学域農学系, 教授 (70399369)
Co-Investigator(Kenkyū-buntansha)	倉田理恵国立研究開発法人農業・食品産業技術総合研究機構, 九州沖縄農業研究センター, 上級研究員 (00315384) 境垣内岳雄国立研究開発法人農業・食品産業技術総合研究機構, 九州沖縄農業研究センター, 上級研究員 (00414847) 梅田周国立研究開発法人農業・食品産業技術総合研究機構, 九州沖縄農業研究センター, 研究員 (10808009) 末松恵祐国立研究開発法人農業・食品産業技術総合研究機構, 九州沖縄農業研究センター, 研究員 (30807996) 赤木功鹿児島大学, 農水産獣医学域農学系, 助教 (40500004) 岡田吉弘国立研究開発法人農業・食品産業技術総合研究機構, 九州沖縄農業研究センター, 上級研究員 (70391456) 川田ゆかり国立研究開発法人農業・食品産業技術総合研究機構, 九州沖縄農業研究センター, 研究員 (80884981) 眞壁昌弥沖縄県農業研究センター, 本所作物班, 主任研究員 (31005200) 眞玉橋將央沖縄県農業研究センター, 本所作物班, 研究員 (70913656)
Project Period (FY)	2022-04-01 – 2026-03-31
Project Status	Granted (Fiscal Year 2024)
Budget Amount *help	¥16,900,000 (Direct Cost: ¥13,000,000、Indirect Cost: ¥3,900,000) Fiscal Year 2025: ¥4,030,000 (Direct Cost: ¥3,100,000、Indirect Cost: ¥930,000) Fiscal Year 2024: ¥4,680,000 (Direct Cost: ¥3,600,000、Indirect Cost: ¥1,080,000) Fiscal Year 2023: ¥3,900,000 (Direct Cost: ¥3,000,000、Indirect Cost: ¥900,000) Fiscal Year 2022: ¥4,290,000 (Direct Cost: ¥3,300,000、Indirect Cost: ¥990,000)
Keywords	GXE / 遺伝資源 / アントシアニン / でん粉 / 遺伝解析 / デンプン
Outline of Research at the Start	南九州から沖縄ではアントシアニンを含む紫カンショ（サツマイモ）が重要な作物である。今後、予想される温暖化に対応できるカンショ品種が必要であるが、現在、環境適応性に着目した育種を実践する知見がない。本研究では、豊富な紫カンショ遺伝資源を活用し、多環境試験を展開し、カンショの収量、また、アントシアニンやデンプンなどの品質についての遺伝子型と環境の交互作用解析を行う。これにより、多収・高品質に関連する環境要因の解明と広域適応性を有する遺伝子型のスクリーニングを行う。さらに、収量性が異なる系統を交配したF1集団を作出し、遺伝解析を行うことで、環境応答性や広域適応性に関連するゲノム領域の解明にも挑む。
Outline of Annual Research Achievements	本研究は、紫カンショ遺伝資源を活用し、温帯の南九州から亜熱帯の沖縄にかけて試験地を配置する多環境試験を展開し、カンショの収量、アントシアニン（An）やデンプンなどの品質について遺伝子型と環境型の交互作用解析を行うものである。また、収量性やAn特性が異なる系統を交配して得たF1集団の遺伝解析から、環境応答性に関与するゲノム領域を解明する。本年度に実施した研究は、昨年度と同様の方法で、紫カンショ遺伝資源13品種・系統を活用し、宮崎、鹿児島、種子島および沖縄の4試験地を配置する多環境試験を展開し、紫カンショの収量、Anおよびデンプンなどの品質について遺伝子間、環境間で比較をして、遺伝子型と環境型の交互作用（GXE）を解析した。2作期の紫カンショ13遺伝子型ｘ8環境（2年ｘ4か所）の分散分析により、測定したすべての農業（収量・品質）および環境形質において、5％水準以上の有意な交互作用が認められた。また、AMMIおよびGGE バイプロット分析によって、遺伝子型の寄与率は、上いも数(41.9%)、いも（新鮮）収量(41%)、乾物含有量(65%)、およびAn色価(75.9%)となった。形質間の相関比較から、An色価と地温・気温には有意な負の相関係数が認められた。また、乾物率と地温の間には正の相関関係が認められた。以上、2年間の分析結果により、紫カンショの収量と品質は、遺伝子型と環境型の両方の影響を強く受けており、不安定、安定あるいは特定環境下での有意な遺伝子型・環境型交互作用の一部が明らかになった。一方で、紫カンショ収量、品質の環境応答性に関与する遺伝解析については、2024年度に使用するGRAS-Di解析の材料として、2022に交配したF1系統（110系統）を宮崎（都城）で増殖し、準備を行った。
Current Status of Research Progress	Current Status of Research Progress 2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned. Reason 課題①多環境下での紫カンショ遺伝子型の収量性の解析：2月に種いも伏込み、4月～5月に苗採り、発送、植付け、植付け時に土壌サンプリングを実施した。6月～9月にSPAD調査、雑草、病害虫防除、10月に収穫調査（160日栽培）および解析、また収穫時に土壌サンプリングを実施した。課題②多環境下での紫カンショ遺伝子型の品質の解析特性：2年間にわたり、紫カンショのでん粉及びAn含有量の解析を行った。その結果、特異的な環境での品質の変化が明らかになるなど、有用なデータが収集された。課題③GXE解析による紫カンショの遺伝型と環境型の交互作用の解明：調査した7つの形質全てで、遺伝子（品種）間、環境間で、有意な差異が認められた。また、遺伝子型X環境型についても、すべての形質で交互作用が認められた。課題④紫カンショ収量の環境応答性に関する遺伝解析：2年目から材料の準備を開始した。2022に交配したF1系統（110系統）を宮崎（都城）で増殖した。以上、現在までに計画通りに研究が実施されていることを確認した。
Strategy for Future Research Activity	課題①多環境下での紫カンショ遺伝子型の収量性の解析：3年目に引き続き宮崎、鹿児島、種子島、沖縄の4試験地で13系統の栽培を行う。各試験地とも、5月に植付けた後、10月に収穫して、収量構成要素（塊根の数および1 個重）や塊根の乾物率やデンプン含率を調査する。環境データとしては、気象に関する項目（気温、日射量、降水量）や土壌に関する項目（地温、水ポテンシャル、物理性、化学性）を調査する。課題②多環境下での紫カンショ遺伝子型の品質の解析特性：3年目も引き続き、各試験地で栽培したカンショのAnとデンプンの解析を行う。Anは塊根サンプルから希硫酸で抽出した後に、分光光度計や高速液体クロマトグラフィー（HPLC）により、抽出液のAn色価やAn組成を分析する。デンプンは塊根を破砕、水洗、ろ過した後、沈殿物を乾燥させる常法で回収する。回収したデンプンはラビットビスコアナライザー（RVA）で糊化開始温度、最高・最低・最終粘度を測定し、デンプンの老化特性やゲル化特性を明らかにする。課題③GXE解析による紫カンショの遺伝型と環境型の交互作用の解明：3年目も1・2年目と同様の方法で4か所の圃場で比較試験を実施する。その結果、3年目までの多環境試験で収量や品質への影響が大きい環境要因を同定するとともに、一般適応性品種も選抜し、形質評価を行う。課題④紫カンショ収量の環境応答性に関する遺伝解析：3年目に各系統のジェノタイピングをGRAS-Di解析で行い、ゲノムワイドな一塩基多型（SNP）を取得する。3、4年目に宮崎と沖縄の両試験地で、両親ならびにF1の約110系統について、塊根の収量やAn特性に関する調査を行う。また、両試験地の塊根の収量やAn特性に影響が大きいQTLを特定する。さらに、各F1系統の収量、An特性を試験地間で比較することで、地域適応性に関与する遺伝子領域の解明を試みる。