世界の10億人を養う熱帯作物キャッサバにおけるゲノム編集基盤技術の確立

• 研究課題/領域番号: 16K14832
• 研究種目: 挑戦的萌芽研究
• 配分区分: 基金
• 研究分野: 遺伝育種科学
• 研究機関: 国立研究開発法人理化学研究所
• 研究代表者: 関 原明 国立研究開発法人理化学研究所, 環境資源科学研究センター, チームリーダー (80281624)
• 研究期間 (年度): 2016-04-01 – 2020-03-31
• 研究課題ステータス: 完了 (2019年度)
• 配分額: 3,770千円 (直接経費: 2,900千円、間接経費: 870千円); 2018年度: 1,300千円 (直接経費: 1,000千円、間接経費: 300千円); 2017年度: 1,300千円 (直接経費: 1,000千円、間接経費: 300千円); 2016年度: 1,170千円 (直接経費: 900千円、間接経費: 270千円)
• キーワード: キャッサバ / ゲノム編集 / 澱粉枝作り酵素 / CRISPR/Cas9 / CRISPR/Cas9システム / 澱粉

研究成果の概要

キャッサバは世界の10億人の、食糧安全保障上そして貧農の生活改善上重要な役割を果たしている熱帯のデンプン資源作物である。キャッサバにおけるゲノム編集技術の基盤確立を目指して、CRISPR/Cas9システム（DNA二本鎖を切断してゲノム配列の任意の場所を削除、置換、挿入することができる画期的な遺伝子改変技術）を導入し、澱粉枝作り酵素遺伝子に対象を絞って研究を進めた。作出系統について解析したところ、ゲノム編集パターンと澱粉枝作り酵素活性との間に相関性が認められ、澱粉枝作り酵素遺伝子がゲノム編集されていることを確認した。本研究の実施により、キャッサバにおけるゲノム編集システムの基盤を確立した。

研究成果の学術的意義や社会的意義

キャッサバは世界の10億人の、食糧安全保障上そして貧農の生活改善上重要な役割を果たしている熱帯のデンプン資源作物である。本研究では、CRISPR/Cas9システム（DNA二本鎖を切断してゲノム配列の任意の場所を削除、置換、挿入することができる画期的な新しい遺伝子改変技術）をキャッサバに導入し澱粉枝作り酵素遺伝子に対象を絞って研究を進め、キャッサバにおける植物ゲノム編集システムの基盤を確立した。今後、キャッサバにおいてゲノム編集技術の活用により基礎研究および応用研究の発展が期待される。

研究成果

• [雑誌論文] Cassava breeding and agronomy in Asia: 50 years of history and future directions (2020)
  • 著者名/発表者名: Malik A.I, Kongsil P, Nguyen VA, Ou W, Sholihin, Srean P, Sheela MN, Lopez-Lavalle LAB, Utsumi Y, Lu C, Kittipadakul P, Nguyen HH, Ceballos H, Nguyen TH, Gomez MS, Aiemnaka P, Labarta R, Chen S, Amawan S, Sok S, Youabee L, Seki M, Tokunaga H, Wang W, Li K, Nguyen HA, Nguyen VD, Ham LH and Ishitani M
  • 雑誌名: Ｂｒｅｅｄｉｎｇ Ｓｃｉｅｎｃｅ 巻: 70 号: 2 ページ: 145-166
  • DOI: 10.1270/jsbbs.18180
  • NAID: 130007833813
  • ISSN: 1344-7610, 1347-3735
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Advancement of Asian Cassava Molecular Breeding towards SDGs. (2018)
  • 著者名/発表者名: Seki M, Tokunaga H, Utsumi C, Okamoto Y, Moriya E, Vu TA, Sakamoto A, Takei Y, Sakurai T, Endo M, Mikami M, Toki S, Tsuji H, Narangajavana J, Triwitayakorn K, Sojikul P, Nguyen AH, Do QTN, Nguyen DV, Nguyen VA, Le HH, Pham NT, Nguyen HH, Touch B, Srean P, Wongtiem P, Ishitani M and Utsumi Y
  • 雑誌名: Proceedings of the 18th Science Council of Asia (SCA) Conference "Role of Science for Society: Strategies towards SDGs in Asia", Dec. 5-7, 2018, Tokyo, Japan 巻: Theme 10 ページ: 6-6
  • 国際共著
• [雑誌論文] Formation of Friable Embryogenic Callus in Cassava is Enhanced under Conditions of Reduced Nitrate, Potassium and Phosphate (2017)
  • 著者名/発表者名: Utsumi, Y., Utsumi, C., Tanaka, M., Ha, T.V., Matsui, A., Takahashi, S. and Seki, M.
  • 雑誌名: PLoS ONE 巻: 12 号: 8 ページ: e0180736-e0180736
  • DOI: 10.1371/journal.pone.0180736
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] 東南アジア諸国との連携による澱粉作物キャッサバの分子育種 (2017)
  • 著者名/発表者名: 内海好規, 徳永浩樹, 内海稚佳子, 櫻井哲也，Dong Van Nguyen, Vu Anh Nguyen, Jarunya Narangajavana, Ham Huy Le, 石谷学, 関原明
  • 雑誌名: 応用糖質科学 巻: 7 ページ: 143-146
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] The histone deacetylase inhibitor suberoylanilide hydroxamic acid alleviates salinity stress in cassava. (2017)
  • 著者名/発表者名: Patanun, O., Ueda, M., Itouga, M., Kato, Y., Utsumi, Y., Matsui, A., Tanaka, M., Utsumi, C., Sakakibara, H., Yoshida, M., Narangajavana, J., and Seki, M.
  • 雑誌名: Front. Plant Sci. 巻: 7 ページ: 2039-2039
  • DOI: 10.3389/fpls.2016.02039
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著 / 謝辞記載あり
• [学会発表] Advancement of Asian Cassava Molecular Breeding (2019)
  • 著者名/発表者名: Seki, M. and Utsumi, Y.
  • 学会等名: COSMIC Workshop “Physiology meets structure - Integrative models for assimilate transport”
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Advancement of Asian Cassava Molecular Breeding by the use of genome editing technologies towards SDGs (2019)
  • 著者名/発表者名: Utsumi, Y., Tokunaga, H., Utsumi, C., Endo, M., Saika, H., Toki, S., Ishitani, M., Tsuji, H. and Seki, M.
  • 学会等名: Inter-project Joint Open Seminar - New prospect of agriculture and bioindustry using genome editing technology -
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Advancement of Asian Cassava Molecular Breeding towards SDGs. (2018)
  • 著者名/発表者名: Seki M, Tokunaga H, Utsumi C, Okamoto Y, Moriya E, Vu TA, Sakamoto A, Takei Y, Sakurai T, Endo M, Mikami M, Toki S, Tsuji H, Narangajavana J, Triwitayakorn K, Sojikul P, Nguyen AH, Do QTN, Nguyen DV, Nguyen VA, Le HH, Pham NT, Nguyen HH, Touch B, Srean P, Wongtiem P, Ishitani M and Utsumi Y
  • 学会等名: The 18th Science Council of Asia (SCA) Conference “Role of Science for Society: Strategies towards SDGs in Asia"
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Overview of RIKEN Cassava Project and Application of Genome Editing Technology to Cassava Research (2017)
  • 著者名/発表者名: Seki, M.
  • 学会等名: The International Symposium on “Current Advances of Genome Editing Technology and its Application in Crop Improvement”
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] 東南アジア諸国との連携による澱粉作物キャッサバの分子育種 (2016)
  • 著者名/発表者名: 内海好規,内海稚佳子, 武井良郎, 平野智也, 阿部知子, 石谷学, 櫻井哲也, Dong Van Nguyen, Vu Anh Nguyen, Kanokporn Triwitayakorn, Jarunya Narangajavana, Ham Huy Le, 関原明
  • 学会等名: 第5回応用糖質フレッシュシンポジウム
  • 発表場所: エフピコRiM7 階ものづくり交流館、福山、日本
  • 招待講演
• [学会発表] キャッサバ（Manihoto esculenta）の澱粉枝作り酵素（Starch Branching Enzyme, SBE）の機能解析 (2016)
  • 著者名/発表者名: 内海好規,内海稚佳子, 田中真帆, 藤田直子, 中村保典, 関原明
  • 学会等名: 日本応用糖質科学会平成28年度大会（第65回）
  • 発表場所: 福山大学、福山、日本
• [備考] 国立研究開発法人理化学研究所環境資源科学研究センター植物ゲノム発現研究チームホームページ
  • URL: http://www.csrs.riken.jp/jp/labs/pgnrt/index.html
• [備考] 理化学研究所環境資源科学研究センター植物ゲノム発現研究チームホームページ
  • URL: http://www.csrs.riken.jp/jp/labs/pgnrt/index.html