逆遺伝学的手法を用いた収量・バイオマス生産向上に関わる遺伝子の網羅的探索

• 研究課題/領域番号: 12J10427
• 研究種目: 特別研究員奨励費
• 配分区分: 補助金
• 応募区分: 国内
• 研究分野: 作物学・雑草学
• 研究機関: 独立行政法人農業生物資源研究所
• 研究代表者: 安達 俊輔 独立行政法人農業生物資源研究所, イネゲノム育種研究ユニット, 特別研究員(PD)
• 研究期間 (年度): 2012 – 2014-03-31
• 研究課題ステータス: 採択後辞退 (2013年度)
• 配分額: 2,400千円 (直接経費: 2,400千円); 2013年度: 1,200千円 (直接経費: 1,200千円); 2012年度: 1,200千円 (直接経費: 1,200千円)
• キーワード: 個葉光合成 / マップベースクローニング / QTL / 逆遺伝学

研究概要

イネの一層の収量増加には個葉光合成速度の向上が重要とされているが、光合成速度の品種間差に関わる遺伝的要因はほとんど解明されていない。インド型多収性品種ハバタキの光合成能力が他の多くのイネ品種と比べて高いことに注目し、ハバタキとコシヒカリの交雑自殖系統を利用してハバタキ対立遺伝子がコシヒカリに対して葉の光合成速度を高める染色体領域をこれまで第4,5,8,11染色体上にそれぞれ見出している(Adachietal.,2011)。本研究ではそのうち第8および第11染色体上の領域に着目し、原因遺伝子の特定とともにその機能の解明を目的として研究を行った。育成系統の光合成速度の比較を通じて、ハバタキ対立遺伝子がコシヒカリに対して光合成速度を高める染色体領域を第8染色体短腕の11kbの領域まで絞り込んだ。RAPデータベース解析の結果、本領域には開花調節に関わるDTH8のみが推定されていた(Weietal. 2010)。アグロバクテリウム法による相補性試験により、本遺伝子が原因遺伝子であること確かめた。シークエンス解析の結果、ハバタキ型DTH8は126番目のアミノ酸変異によりSTOPコドンが生じており、機能欠損変異であるものと推察された。準同質遺伝子系統(NIL)を用いた解析から、本遺伝子は気孔開度を高めることによって気孔伝導度ひいては葉内CO_2濃度を高め、光合成速度を高めているものと推察された。また長日条件ではNILの光合成速度はコシヒカリに比較して高いものの、短日条件で生育させた植物では光合成速度に違いが無くなることから、本遺伝子の光合成速度の上昇効果は感光性遺伝子経路と密接に関わっていることが示唆された。同様にして第11染色体長腕に存在する候補領域を27.4kbまで絞り込んだ。本領域は主に葉の窒素含量を増加することによって光合成能力を高めているものと推察された。シークエンス解析の結果、本領域に存在が推定される8つの遺伝子すべてにハバタキで遺伝子変異が存在し、さらにハバタキ側に複数のトランスポゾンが挿入されていることが分かった。以上のように、本研究課題の遂行によりイネ個葉光合成速度を制御する遺伝的要因の一端が解明され、今後のイネ光合成速度の育種改良に向けて重要な基礎的知見を得ることができたと考えられる。

現在までの達成度 (区分)

2: おおむね順調に進展している

理由

当初の研究計画に対して着実に取り組んだことにより、期待通りの成果が得られた。特に、その実態解明がこれまで不十分であったイネ個葉光合成能力を制御する原因遺伝子の一つを特定し、さらにその遺伝子が作用する光合成機構の一端を明らかにした。

今後の研究の推進方策

(抄録なし)

研究成果

• [雑誌論文] Leaf photosynthesis and its genetic improvement from the perspective of flow and diffusion (2014)
  • 著者名/発表者名: Tanaka Y, Kumagai E, Tazoe Y, Adachi S, Homma K.
  • 雑誌名: Plant Production Science 巻: 17 ページ: 111-123
  • 査読あり
• [雑誌論文] A natural variant of NAL1, selected in high-yield rice breeding programs, pleiotropically increases photosynthesis rate. (2013)
  • 著者名/発表者名: Takai T, Adachi S, Taguchi-Shiobara F, Sanoh-Arai Y, Iwasawa N, Yoshinaga S, Hirose S, Taniguchi Y, Yamanouchi U, Wu J, Matsumoto T, Sugimoto K, Kondo K, Ikka T, Ando T, Kono I, Ito S, Shomura A, Ookawa T, Hirasawa T, Yano M, Kondo M, Y amamoto T.
  • 雑誌名: Scientific Reports 巻: 3 号: 1 ページ: 2149-2149
  • DOI: 10.1038/srep02149
  • 査読あり
• [雑誌論文] The mesophyll anatomy enhancing CO_2 diffusion is a key trait for improving rice photosynthesis (2013)
  • 著者名/発表者名: Adachi Shunsuke. Nakae Toru, Uchida Masaki, Soda Kazuya, Takai Toshiyuki, Oi Takao, Yamamoto Toshio. Ookawa Taiichiro, Miyake Hiroshi, Yano Masahiro, Hirasawa Tadashi
  • 雑誌名: Journal of Experimental Botany 巻: 64 号: 4 ページ: 1061-1072
  • DOI: 10.1093/jxb/ers382
  • 査読あり
• [学会発表] イネ個葉光合成速度に関わる遺伝子CAR8のマップベースクローニング (2013)
  • 著者名/発表者名: 安達 俊輔
  • 学会等名: 日本育種学会第124回講演会
  • 発表場所: 鹿児島市
  • 年月日: 2013-10-13
• [学会発表] 自然変異の利用によるイネ個葉光合成能力の遺伝的改良 (2013)
  • 著者名/発表者名: 安達 俊輔
  • 学会等名: 日本育種学会第124回講演会
  • 発表場所: 鹿児島市
  • 年月日: 2013-10-12
• [学会発表] イネ光合成速度の自然変異をもたらす要因と育種への応用 (2013)
  • 著者名/発表者名: 安達俊輔
  • 学会等名: 日本作物学会第235回講演会
  • 発表場所: 明治大学農学部
  • 年月日: 2013-03-29
• [学会発表] The rice photosynthesis can be greatly improved by facilitating CO2 diffusion inside leaves with modification of mesophyll anatomy (2013)
  • 著者名/発表者名: 安達 俊輔
  • 学会等名: Plant Biology 2013
  • 発表場所: ロードアイランド市