ソルガムのバイオリファイナリー最適化育種の基盤となる高糖性と開花期の研究

• 研究課題/領域番号: 16H04859
• 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: 名古屋大学
• 研究代表者: 佐塚 隆志 名古屋大学, 生物機能開発利用研究センター, 准教授 (70362291)
• 研究協力者: 呉 健忠 農業・食品産業技術総合研究機構
• 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: 16,640千円 (直接経費: 12,800千円、間接経費: 3,840千円); 2018年度: 5,330千円 (直接経費: 4,100千円、間接経費: 1,230千円); 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: 5,980千円 (直接経費: 4,600千円、間接経費: 1,380千円)
• キーワード: ソルガム / バイオリファイナリー / PRR37 / 高糖性 / 開花期 / 育種学

研究成果の概要

スイートソルガムはサトウキビ同様、茎に糖液を蓄積する性質を有するが、殆ど食用に用いられておらず、バイオリファイナリー利用が期待されている。本研究ではその搾汁液の高糖性に注目し、その責任遺伝子座qBRX-6を解析した。その結果、(1) qBRX-6は複数の責任遺伝子が複合して座乗していると考えられ、かつ、環境要因にも影響を受けていること。(2)その内の１つの候補遺伝子領域を狭めた結果、5つの遺伝子に絞り込んだこと。(3) 別の候補遺伝子として、SbPRR37の可能性も検討した結果、スイートソルガムのアレルは部分的機能欠失であり、これが原因で糖の転流に影響を与えている可能性、などが示唆された。

研究成果の学術的意義や社会的意義

現代・未来社会において、エネルギー創出に貢献するバイオエタノール生産や、バイオプラスチック生産などのバイオリファイナリー産業の基本原料は糖である。しかし、これまでサトウキビなどの糖原料作物において、糖の産生の原因遺伝子は明らかにされていなかった。本研究成果は、スイートソルガムを糖原料作物のモデル作物と位置付け、遺伝学的及び分子遺伝学的観点から、どのような遺伝子座及び遺伝子が糖の産生に関与しているのかについて解析を進め、学術的理解を深めた。さらに低炭素社会など、持続可能な開発目標（SDGs）の達成に向けた社会の基盤作りへ向けて、農学や育種学の貢献が重要であるという社会的意義を示した。

研究成果

• [雑誌論文] Repeated ethanol fermentation from membrane-concentrated sweet sorghum juice using the flocculating yeast Saccharomyces cerevisiae F118 strain. (2018)
  • 著者名/発表者名: Hans Wijaya, Kengo Sasaki, Prihardi Kahar, Yopi, Hideo Kawaguchi, Takashi Sazuka, Chiaki Ogino, Bambang Prasetya, Akihiko Kondo
  • 雑誌名: Bioresour Technol. 巻: 265 ページ: 542-547
  • DOI: 10.1016/j.biortech.2018.07.039
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Effective usage of sorghum bagasse: Optimization of organosolv pretreatment using 25% 1-butanol and subsequent nanofiltration membrane separation (2018)
  • 著者名/発表者名: Teramura Hiroshi、Sasaki Kengo、Oshima Tomoko、Kawaguchi Hideo、Ogino Chiaki、Sazuka Takashi、Kondo Akihiko
  • 雑誌名: Bioresource Technology 巻: 252 ページ: 157-164
  • DOI: 10.1016/j.biortech.2017.12.100
  • 査読あり
• [雑誌論文] Heap: a highly sensitive and accurate SNP detection tool for low-coverage high-throughput sequencing data (2017)
  • 著者名/発表者名: Kobayashi Masaaki、Ohyanagi Hajime、Takanashi Hideki、Asano Satomi、Kudo Toru、Kajiya-Kanegae Hiromi、Nagano Atsushi J.、Tainaka Hitoshi、Tokunaga Tsuyoshi、Sazuka Takashi、Iwata Hiroyoshi、Tsutsumi Nobuhiro、Yano Kentaro
  • 雑誌名: DNA Research 巻: 24 号: 4 ページ: 397-405
  • DOI: 10.1093/dnares/dsx012
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Sucrose Purification and Repeated Ethanol Production from Sugars Remaining in Sweet Sorghum Juice Subjected to a Membrane Separation Process (2017)
  • 著者名/発表者名: Kengo Sasaki, Yota Tsuge, Hideo Kawaguchi, Masahiro Yasukawa, Daisuke Sasaki, Takashi Sazuka, Eiji Kamio, Chiaki Ogino, Hideto Matsuyama and Akihiko Kondo
  • 雑誌名: App Micbio Biotech 巻: 101 号: 15 ページ: 6007-6014
  • DOI: 10.1007/s00253-017-8316-3
  • 査読あり
• [雑誌論文] Screening of rice mutants with improved saccharification efficiency results in the identification of CONSTITUTIVE PHOTOMORPHOGENIC 1 and GOLD HULL AND INTERNODE 1 (2017)
  • 著者名/発表者名: Ko Hirano, Reiko Masuda, Wakana Takase, Yoichi Morinaka, Mayuko Kawamura, Yoshinobu Takeuchi, Hiroki Takagi, Hiroki Yaegashi, Satoshi Natsume, Ryouhei Terauchi, Toshihisa Kotake, Yasuyuki Matsushita, Takashi Sazuka.
  • 雑誌名: Planta 巻: 未定 号: 1 ページ: 61-74
  • DOI: 10.1007/s00425-017-2685-9
  • NAID: 120006349150
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Differences in Glucose Yield of Residues from among Varieties of Rice, Wheat, and Sorghum after Dilute Acid Pretreatment (2017)
  • 著者名/発表者名: Hiroshi Teramura, Kengo Sasaki, Hideo Kawaguchi, Fumio Matsuda, Jun Kikuchi, Tomokazu Shirai, Takashi Sazuka, Masanori Yamasaki, Shigeo Takumi, Chiaki Ogino and Akihiko Kondo
  • 雑誌名: Biosci Biotech Biochem 巻: 81 号: 8 ページ: 1650-1656
  • DOI: 10.1080/09168451.2017.1336922
  • 査読あり
• [雑誌論文] Sorghum DW1 positively regulates brassinosteroid signaling by inhibiting the nuclear localization of BRASSINOSTEROID INSENSITIVE 2. (2017)
  • 著者名/発表者名: Hirano K, Kawamura M, Araki-Nakamura S, Fujimoto H, Ohmae-Shinohara K, Yamaguchi M, Fujii A, Sasaki H, Kasuga S, Sazuka T.
  • 雑誌名: Sci Rep. 巻: 1 号: 1 ページ: 126-126
  • DOI: 10.1038/s41598-017-00096-w
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Sorghum Dw1, an agronomically important gene for lodging resistance, encodes a novel protein involved in cell proliferation. (2016)
  • 著者名/発表者名: Yamaguchi M, Fujimoto H, Hirano K, Araki-Nakamura S, Ohmae-Shinohara K, Fujii A, Tsunashima M, Song XJ, Ito Y, Nagae R, Wu J, Mizuno H, Yonemaru J, Matsumoto T, Kitano H, Matsuoka M, Kasuga S, Sazuka T.
  • 雑誌名: Sci Rep. 巻: 6 号: 1 ページ: 28366-28366
  • DOI: 10.1038/srep28366
  • 査読あり / オープンアクセス
• [学会発表] 作物ゲノムのデザイニング ―社会と向き合う植物科学― (2018)
  • 著者名/発表者名: 佐塚隆志
  • 学会等名: 植物科学シンポジウム
  • 招待講演
• [学会発表] ソルガムのゲノムデザイン (2018)
  • 著者名/発表者名: 佐塚隆志
  • 学会等名: 第9回ソルガムワークショップ
• [学会発表] An agronomically important gene, Dw1, encodes a novel component of brassinosteroid signaling, and controls the cell proliferation in internodes (2018)
  • 著者名/発表者名: Takashi Sazuka, Ko Hirano, Satoko Araki-Nakamura, Kozue Ohmae-Shinohara, Mayuko Kawamura, Haruka Fujimoto, Miki Yamaguchi, Akihiro Fujii, Shigemitsu Kasuga
  • 学会等名: Sorghum in the 21st Century
  • 国際学会
• [学会発表] スイートソルガムのバイオリファイナリー利用を目指した糖収量性関連形質の解析 (2018)
  • 著者名/発表者名: 丹羽佑介、中村(荒木)聡子、南山将輝、篠原(大前)梢、川口秀夫、三浦孝太郎、春日重光、佐塚隆志
  • 学会等名: 日本育種学会第134回講演会
• [学会発表] ソルガム高バイオマスF1品種「天高」の稈径とバイオマス関連形質に関するQTL解析 (2018)
  • 著者名/発表者名: 和氣達朗、中村（荒木）聡子、篠原（大前）梢、三浦孝太郎、春日重光、佐塚隆志
  • 学会等名: 日本育種学会第135回講演会
• [学会発表] 高バイオマス・高糖収量性を併せ持つバイオリファイナリーに最適化したソルガム新品種「炎龍」の育成 (2017)
  • 著者名/発表者名: 佐塚隆志、藤井昭裕、中村（荒木）聡子、和田多門、山口未来、岡村進之介、篠原（大前）梢、伊藤祐介、松岡信、北野英己、春日重光
  • 学会等名: 日本育種学会第130回講演会
  • 発表場所: 名古屋
  • 年月日: 2017-03-30
• [学会発表] ソルガム搾汁液の糖収量に関する育種遺伝学的解析 (2017)
  • 著者名/発表者名: 藤井昭裕、和田多門、中村（荒木）聡子、倉見慶二郎、篠原（大前）梢、伊藤祐介、北野英己、松岡信、春日重光、佐塚隆志
  • 学会等名: 日本育種学会第130回講演会
  • 発表場所: 名古屋
  • 年月日: 2017-03-30
• [学会発表] Dw1, an Important Gene for Lodging Resistance and Mechanical Harvesting of Sorghum, Encodes a Novel Protein Involved in Cell Proliferation. (2017)
  • 著者名/発表者名: Sazuka, T
  • 学会等名: Plant and Animal Genome XXV
  • 発表場所: San Diego
  • 年月日: 2017-01-15
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] 組換え大腸菌によるフェニル乳酸における多様な草本系バイオマス糖化液の発酵阻害とその成分の比較 (2017)
  • 著者名/発表者名: 川口秀夫、吉原久美子、佐塚隆志、高谷直樹、蓮沼誠久、寺村浩、荻野千秋、近藤明彦
  • 学会等名: 日本農芸化学会関西支部第501回講演会
• [学会発表] 花粉親品種における開花期改良の試み (2017)
  • 著者名/発表者名: 佐々木碩哲、和田多門、中村聡子、大前梢、岡村進之介、 藤井昭裕、春日重光、佐塚隆志
  • 学会等名: 第8回ソルガムワークショップ
• [学会発表] スイートソルガムの有する新規高糖性QTLの同定を目指した遺伝学的解析 (2017)
  • 著者名/発表者名: 丹羽佑介、岡村進之介、中村（荒木）聡子、河江琴奈、篠原（大前）梢、三浦 孝太郎、春日重光、佐塚 隆志
  • 学会等名: 第25回育種学会中部地区談話会
• [学会発表] 輪郭形状のゲノミック予測のための定量化手法の比較 (2017)
  • 著者名/発表者名: 坂本莉沙、鐘ケ江弘美、野下浩司、石森元幸、小林正明、藤本優、高梨秀樹、永野惇、佐塚隆志、矢野健太郎、徳永毅、堤伸浩、岩田洋佳
  • 学会等名: 日本育種学会第133回講演会
• [図書] Int Rev Cell Mol Biol., Molecular breeding of Sorghum bicolor: A Novel Energy Crop. (2016)
  • 著者名/発表者名: Ordonio R, Ito Y, Morinaka Y, Sazuka T, and Matsuoka M.
  • 総ページ数: 37
  • 出版者: Elsevier Inc.