アブラナ科植物の自家不和合性と耐病性を制御する下流因子との共通性とクロストーク

• 研究課題/領域番号: 16H04854
• 研究種目: 基盤研究(B)
• 配分区分: 補助金
• 応募区分: 一般
• 研究分野: 遺伝育種科学
• 研究機関: 東北大学
• 研究代表者: 渡辺 正夫 東北大学, 生命科学研究科, 教授 (90240522)
• 研究期間 (年度): 2016-04-01 – 2019-03-31
• 研究課題ステータス: 完了 (2018年度)
• 配分額: 16,770千円 (直接経費: 12,900千円、間接経費: 3,870千円); 2018年度: 5,200千円 (直接経費: 4,000千円、間接経費: 1,200千円); 2017年度: 5,330千円 (直接経費: 4,100千円、間接経費: 1,230千円); 2016年度: 6,240千円 (直接経費: 4,800千円、間接経費: 1,440千円)
• キーワード: アブラナ科植物 / 自家不和合性 / 耐病性 / 下流因子 / 共通性 / 多様性 / クロストーク / QTL解析 / 情報伝達 / 遺伝学 / 育種学 / バイオインフォマティクス / 細胞内情報伝達

研究成果の概要

自家和合性系統(SC-a, SC-b)を遺伝学的手法でマッピングし、SC-a系統の自家和合性原因遺伝子領域に、自家不和合性関連遺伝子が多数存在していた。発現解析等から同定したSC-a-1遺伝子のRNAi系統を自家不和合性植物体で作出したところ、部分的な自家和合性を示し、この和合性の候補と考えた。この遺伝子と耐病性との表現型について、共通性は見出せなかった。SC-b系統ではS遺伝子座と連鎖していたが、その候補領域は1Mb程度であった。これらの成果に加えて、class-II内でのS対立遺伝子間での優劣性、異なる集団間での優劣性機構も解明した。なお、本研究期間中にアウトリーチ活動を250件実施した。

研究成果の学術的意義や社会的意義

アブラナ科植物の自家不和合性における花粉と雌しべとの相互作用は、植物を代表する細胞間コミュニケーションのモデルである。この自己・非自己認識システムの下流がどの様に制御されているのかということは、他の自他識別システムである「耐病性」などとの下流との比較は重要であると考える。また、自家不和合性下流因子の理解は、自家不和合性形質を利用した経済的F1採種において、自家和合性系統の効率的排除にも利用でき、社会的な意義も有している。今回の成果で耐病性との関連性は見出せなかったが、下流因子候補、連鎖している遺伝子を見出せたことは、学術面と社会実装という採種面にも貢献できると判断した。

研究成果

• [国際共同研究] チューリッヒ大学(スイス)
• [国際共同研究] 順天大学/忠南大学(韓国)
• [国際共同研究] チューリッヒ大学(スイス)
• [国際共同研究] 順天大学/忠南大学(韓国)
• [国際共同研究]
• [国際共同研究] チューリッヒ大学(スイス)
• [国際共同研究] 順天大学/忠南大学(韓国)
• [雑誌論文] Abscisic acid-mediated developmental flexibility of stigmatic papillae in response to ambient humidity in <i>Arabidopsis thaliana</i> (2018)
  • 著者名/発表者名: Takeda, S., Ochiai, K., Egusa, W., Morimoto, H., Sakazono, S., Osaka, M., Nabemoto, M., Kagaya, Y., Suzuki, G., Watanabe, M., and Suwabe, K.
  • 雑誌名: Genes & Genetic Systems 巻: 93 号: 5 ページ: 209-220
  • DOI: 10.1266/ggs.18-00025
  • NAID: 130007547247
  • ISSN: 1341-7568, 1880-5779
  • 年月日: 2018-10-01
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Duplicated pollen-pistil recognition loci control intraspecific unilateral incompatibility in Brassica rapa (2017)
  • 著者名/発表者名: Takada Yoshinobu、Murase Kohji、Shimosato-Asano Hiroko、Sato Takahiro、Nakanishi Honoka、Suwabe Keita、Shimizu Kentaro K.、Lim Yong Pyo、Takayama Seiji、Suzuki Go、Watanabe Masao
  • 雑誌名: Nature Plants 巻: 3 号: 7 ページ: 17096-17096
  • DOI: 10.1038/nplants.2017.96
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] アブラナ科植物において自他を認識する遺伝子の遺伝子重複と相互の機能喪失により生じた新たな生殖障壁 (2017)
  • 著者名/発表者名: 高田美信, 鈴木剛, 渡辺正夫
  • 雑誌名: 新着論文レビュー 巻: - ページ: 074
  • DOI: 10.7875/first.author.2017.074
  • オープンアクセス
• [雑誌論文] Characterization of two PEBP genes, SrFT and SrMFT, in thermogenic skunk cabbage (Symplocarpus renifolius). (2016)
  • 著者名/発表者名: Ito-Inaba, Y., Masuko-Suzuki, H., Maekawa, H., Watanabe, M., and Inaba, T.
  • 雑誌名: Sci. Rep. 巻: 6 号: 1 ページ: 29440-29440
  • DOI: 10.1038/srep29440
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Comparative analysis of microRNA profiles of rice anthers between cool-sensitive and cool-tolerant cultivars under cool-temperature stress (2016)
  • 著者名/発表者名: Shunsuke Maeda, Satomi Sakazono, Hiromi Masuko-Suzuki, Midori Taguchi, Kaori Yamamura, Kuniaki Nagano, Takashi Endo, Kenichi Saeki, Masaaki Osaka, Moe Nabemoto, Kana Ito, Toru Kudo, Masaaki Kobayashi, Mizuho Kawagishi, Kotomi Fujita, Hikaru Nanjo, Tomoe Shindo, Kentaro Yano, Go Suzuki, Keita Suwabe, and Masao Watanabe
  • 雑誌名: Genes & Genetic Systems 巻: 91 号: 2 ページ: 97-109
  • DOI: 10.1266/ggs.15-00056
  • NAID: 130005421208
  • ISSN: 1341-7568, 1880-5779
  • 査読あり / オープンアクセス / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Identification of reference genes for quantitative expression analysis using large-scale RNA-seq data of <i>Arabidopsis thaliana</i> and model crop plants (2016)
  • 著者名/発表者名: Toru Kudo, Yohei Sasaki, Shin Terashima, Noriko Matsuda-Imai, Tomoyuki Takano, Misa Saito, Maasa Kanno, Soichi Ozaki, Keita Suwabe, Go Suzuki, Masao Watanabe, Makoto Matsuoka, Seiji Takayama, Kentaro Yano
  • 雑誌名: Genes & Genetic Systems 巻: 91 号: 2 ページ: 111-125
  • DOI: 10.1266/ggs.15-00065
  • NAID: 130005421205
  • ISSN: 1341-7568, 1880-5779
  • 査読あり / オープンアクセス / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Molecular characterization of genes encoding isoamylase-type debranching enzyme in tuberous root of sweet potato, <i>Ipomoea batatas</i> (L.) Lam. (2016)
  • 著者名/発表者名: Nabemoto, M., Watanabe, R., Ohsu, M., Sato, K., Otani, M., Nakayachi, O, and Watanabe, M.
  • 雑誌名: Ｐｌａｎｔ Ｂｉｏｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ 巻: 33 号: 5 ページ: 351-359
  • DOI: 10.5511/plantbiotechnology.16.0926a
  • NAID: 130005188236
  • ISSN: 1342-4580, 1347-6114
  • 査読あり / オープンアクセス / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] A complex dominance hierarchy is controlled by polymorphism of small RNAs and their targets (2016)
  • 著者名/発表者名: Yasuda S., Wada Y., Kakizaki T., Tarutani Y., Miura-Uno E., Murase K., Fujii S., Hioki T., Shimoda T., Takada Y., Shiba H., Takasaki-Yasuda T., Suzuki G., Watanabe M., Takayama S.
  • 雑誌名: Nat. Plants 巻: 3 号: 1 ページ: 16206-16206
  • DOI: 10.1038/nplants.2016.206
  • NAID: 120005947451
  • 査読あり / オープンアクセス
• [学会発表] Developmental flexibility of stigmatic papilla cell in response to abiotic stress in Arabidopsis thaliana. (2019)
  • 著者名/発表者名: Egusa, W., Takada, M., Takeda, S., Ochiai, K., Sakazono, S., Osaka, M., Kagaya, Y., Suzuki, G., Watanabe, M. and Suwabe, K.
  • 学会等名: Plant and Animal Genome XXVII
  • 国際学会
• [学会発表] Pollen hydration mechanism on pollination in Arabidopsis thaliana. (2019)
  • 著者名/発表者名: Ota, T., Mizoguchi, Y., Ando, M., Kagaya, Y., Suzuki, G., Watanabe, M. and Suwabe, K.
  • 学会等名: Plant and Animal Genome XXVII
  • 国際学会
• [学会発表] アブラナ科植物における自家不和合性決定花粉因子の複対立遺伝子間優劣性制御機構. (2018)
  • 著者名/発表者名: 安田晋輔, 和田七夕子, 柿崎智博, 樽谷芳明, 宇野栄子, 村瀬浩司, 藤井壮太, 日置智也, 下田大貴, 高田美信, 柴博史, 安田剛志, 鈴木剛, 渡辺正夫, 高山誠司
  • 学会等名: 日本育種学会 第134回講演会ワークショップ
  • 招待講演
• [学会発表] 自家不和合性遺伝子の重複と相互機能欠失によるアブラナ科植物の一側性不和合性機構. (2018)
  • 著者名/発表者名: 高田美信, 鈴木剛, 清水健太郎, 高山誠司, 渡辺正夫
  • 学会等名: 日本育種学会 第134回講演会ワークショップ
  • 招待講演
• [学会発表] Toward to collaborative research with Brassica crops between Japan and Korea. (2018)
  • 著者名/発表者名: Watanabe, M.
  • 学会等名: Improvement of important agricultural traits based on genomic information of horticultural crops
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Morphological aspect and molecular mechanism of pollen hydration on pollination in Arabidopsis thaliana. (2018)
  • 著者名/発表者名: Ota, T., Mizoguchi, Y., Ando, M., Kagaya, Y., Suzuki, G., Watanabe, M. and Suwabe, K.
  • 学会等名: International Plant Molecular Biology 2018
  • 国際学会
• [学会発表] Novel unilateral incompatibility in Brassica rapa is regulated by duplicated self-incompatibility genes, PUI1 and SUI1. (2018)
  • 著者名/発表者名: Takada, Y., Murase, K., Shimosato-Adano, H., Sato, T., Nakanishi, H., Suwabe, K., Shimizu, K. K., Lim, Y. P., Takayama, S., Suzuki, G., and Watanabe, M.
  • 学会等名: International Plant & Animal Genome XXVI,
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Self-incompatibility in cruciferous plants -Molecular mechanisms and recent topics- (2018)
  • 著者名/発表者名: Watanabe, M.
  • 学会等名: International Symposium of Plant Science in UC San Diego
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] ABA-mediated flexibility of female stigmatic papillae development in Arabidopsis thaliana. (2017)
  • 著者名/発表者名: Egusa W, Takeda S, Ochiai K, Morimoto H, Sakazono S, Osaka M, Nabemoto M, Kagaya Y, Suzuki G, Watanabe M, Suwabe K
  • 学会等名: International Plant & Animal Genome XXV
  • 発表場所: San Diego, USA
  • 年月日: 2017-01-14
  • 国際学会
• [学会発表] Pollen-cysteine rich peptide CR3 regulates pollen germination in Arabidopsis thaliana. (2017)
  • 著者名/発表者名: Morimoto H, Egusa W, Arakawa C, Masuko-Suzuki H, Suzuki G, Watanabe M, Suwabe K
  • 学会等名: International Plant & Animal Genome XXV
  • 発表場所: San Diego, USA
  • 年月日: 2017-01-14
  • 国際学会
• [学会発表] Identification and characterization of the novel pollen-stigma recognition factors for unilateral incompatibility in Brassica rapa. (2017)
  • 著者名/発表者名: Takada, Y., Murase, K., Shimosato-Adano, H., Sato, T., Nakanishi, H., Suwabe, K., Shimizu, K. K., Lim, Y. P., Takayama, S., Suzuki, G., and Watanabe, M.
  • 学会等名: Taiwan-Japan Plant Biology 2017
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Molecular mechanisms of self-incompatibility in Brassica. (2017)
  • 著者名/発表者名: Watanabe, M.
  • 学会等名: Plant Biology at Tohoku University
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Brassica rapaの種内一側性不和合性を制御するSUI1-PUI1遺伝子 (2017)
  • 著者名/発表者名: 高田美信, 鈴木剛, 村瀬浩司, 浅野(下里)裕子, 佐藤陽洋, 中西ほのか, 諏訪部圭太, Lim Yong Pyo, 清水健太郎, 高山誠司, 渡辺正夫
  • 学会等名: 日本植物細胞分子生物学会
• [学会発表] 自己花粉を認識するリガンド・レセプター遺伝子セットの重複が非自己花粉の拒絶を引き起こす (2017)
  • 著者名/発表者名: 高田美信, 鈴木剛, 中西ほのか, 村瀬浩司, 浅野(下里)裕子, 佐藤陽洋, 諏訪部圭太, Lim Yong Pyo, 清水健太郎, 高山誠司, 渡辺正夫
  • 学会等名: 日本遺伝学会
• [学会発表] Brassica rapaのA04染色体には新規生殖障壁遺伝子が存在する (2017)
  • 著者名/発表者名: 高田美信, 中西ほのか, 村瀬浩司, 浅野(下里)裕子, 佐藤陽洋, Yong Pyo Lim, 清水健太郎, 高山誠司, 諏訪部圭太, 鈴木剛, 渡辺正夫
  • 学会等名: 日本染色体学会
• [学会発表] 出前講義から垣間見た日本におけるSTEM教育の現状 (2017)
  • 著者名/発表者名: 渡辺正夫, 別府和則, 高橋典子, 寺岸俊哉, 安藤晃
  • 学会等名: 第41回日本科学教育学会年会
  • 招待講演
• [学会発表] 東北大学 飛翔型「科学者の卵養成講座」における受講生の能力伸長 (2017)
  • 著者名/発表者名: 下山せいら, 渡辺正夫, 伊藤幸博, 久利美和, 安藤晃
  • 学会等名: 第41回日本科学教育学会年会
• [学会発表] Brassica rapaの種内一側性不和合性を支配する花粉・柱頭認識因子の決定. (2017)
  • 著者名/発表者名: 高田美信, 村瀬浩二, 浅野(下里)裕子, 佐藤陽洋, 中西ほのか, 諏訪部圭太, Lim Yong Pyo, 清水健太郎, 高山誠司, 鈴木剛, 渡辺正夫
  • 学会等名: 日本育種学会第132回講演会
• [学会発表] ウメ不稔性花粉の蛍光とミツバチ訪花行動への影響の考察 (2017)
  • 著者名/発表者名: 森信之介, 新間秀一, 増子(鈴木)潤美, 渡辺正夫, 中西テツ, 月岡淳子, 福井宏至, 後藤勝実, 平井伸博
  • 学会等名: 日本花粉学会第58回大会
• [学会発表] ウメ花粉の発達異常と蛍光およびそのミツバチ訪花行動への影響 (2017)
  • 著者名/発表者名: 森信之介, 新間秀一, 増子(鈴木)潤美, 渡辺正夫, 中西テツ, 月岡淳子, 福井宏至, 後藤勝実, 平井伸博
  • 学会等名: 植物科学調節学会第52回大会
• [学会発表] 東北大学 飛翔型「科学者の卵養成講座」における受講生のアイスブレイクとなる実技課題の効果 (2017)
  • 著者名/発表者名: 下山せいら, 安藤晃, 渡辺正夫, 伊藤幸博, 久利美和, 中村肇
  • 学会等名: 平成29年度第3回日本科学教育学会研究会
• [学会発表] 歴史史料・図像等の文化資源よりみたアブラナ科植物の形質等の変異に関する萌芽的研究. 人文情報学研究の最前線2017 (2017)
  • 著者名/発表者名: 武田和哉, 渡辺正夫, 吉川真司
  • 学会等名: The Leading Edges of Humane Informatics 2017
  • 招待講演
• [学会発表] ABA-mediated stress response mechanism modulates stigmatic papillae development in Arabidopsis thaliana. (2017)
  • 著者名/発表者名: Egusa, W., Takeda, S., Ochiai, K., Morimoto, H., Kagaya, Y., Suzuki, G., Watanabe, M., and Suwabe, K.
  • 学会等名: Global Conference on Plant Science and Molecular Biology
  • 国際学会
• [学会発表] CR3, a pollen cysteine-rich peptide, induces pollen germination. (2016)
  • 著者名/発表者名: Morimoto H, Egusa W, Arakawa C, Masuko-Suzuki H, Suzuki G, Watanabe M, Suwabe M
  • 学会等名: The International Conference on Arabidopsis Research
  • 発表場所: Gyeongju, Korea
  • 年月日: 2016-06-29
  • 国際学会
• [図書] 遺伝単 "植物における生殖の不思議と自家不和合性" (2017)
  • 著者名/発表者名: 渡辺正夫
  • 総ページ数: 371
  • 出版者: エヌ・ティー・エス出版
• [図書] コマツナ栽培品種とトルコ由来系統間の交雑に生じた一側性不和合性の認識機構 (2017)
  • 著者名/発表者名: 高田美信, 鈴木剛, 渡辺正夫
  • 総ページ数: 100
  • 出版者: アグリバイオ
• [図書] "植物の性", In "植物学の百科事典" (2016)
  • 著者名/発表者名: 渡辺正夫
  • 総ページ数: 802
  • 出版者: 丸善出版
• [備考] 東北大学大学院生命科学研究科・植物分子育種分野・渡辺研究室・基盤研究(B)
  • URL: http://www.ige.tohoku.ac.jp/prg/watanabe/project-kiban-b-si/
• [備考] 基盤研究(B) アブラナ科植物の自家不和合性と耐病性を制御する下流因子の共通性とクロストーク
  • URL: http://www.ige.tohoku.ac.jp/prg/watanabe/project-kiban-b-si/
• [備考] 自家不和合性遺伝子の「遺伝子重複」が、離れた地域間での生殖を妨げる仕組みを世界初で証明
  • URL: http://www.ige.tohoku.ac.jp/prg/watanabe/news2/2017/07/28171713.php
• [備考] 対立遺伝子の組合せで優劣性が変化する分子メカニズムは低分子RNAで制御、世界初で証明
  • URL: http://www.ige.tohoku.ac.jp/prg/watanabe/news2/2016/12/24175651.php