浮イネ節間伸長による洪水耐性の分子機構の解明

• 研究課題/領域番号: 16K18565
• 研究種目: 若手研究(B)
• 配分区分: 基金
• 研究分野: 植物分子・生理科学
• 研究機関: 名古屋大学
• 研究代表者: 永井 啓祐 名古屋大学, 生物機能開発利用研究センター, 特任助教 (30648473)
• 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: 4,290千円 (直接経費: 3,300千円、間接経費: 990千円); 2018年度: 1,040千円 (直接経費: 800千円、間接経費: 240千円); 2017年度: 910千円 (直接経費: 700千円、間接経費: 210千円); 2016年度: 2,340千円 (直接経費: 1,800千円、間接経費: 540千円)
• キーワード: 洪水耐性 / 節間伸長 / 低酸素 / ジベレリン / エチレン / 介在分裂組織 / 浮イネ / イネ / 植物ホルモン / 酸素動態 / 撥水性 / 植物 / 遺伝学 / 生理学 / ストレス

研究成果の概要

洪水時に一般的な水田イネは水没することで酸素不足となり生育することができないのに対して、浮イネと呼ばれるイネは洪水による水位の上昇に伴った急激な節間伸長を誘導することで葉先を水面に出し、酸素欠乏による生育不良を回避している。また、近年の地球環境の変動に伴い世界各地で洪水が発生しており農業的損失が深刻化している。そこで、本課題では浮イネの保持する洪水耐性機構の分子機構の解明を行うことで洪水耐性イネの育種に応用することを目指す。

研究成果の学術的意義や社会的意義

これまで洪水に対するイネ育種では、洪水時に生長を抑制することでエネルギー消費を抑える成長抑制戦略と、浮イネのような茎葉伸長による成長促進戦略が採られてきた。前者においては育種的な応用が進められている一方で、後者の戦略においては育種的な応用は進んでいない。この原因として、急激な茎葉伸長には複数の遺伝子による複雑な制御機構の存在や、伸長時のエネルギー消費により収量性が減少するなどの理由が挙げられる。しかし、気候変動による洪水増加に対して、この2つの戦略は洪水耐性イネの作出の両翼を担うものであり、浮イネの急激な伸長の制御メカニズムを解明し育種に利用することは洪水地域でのイネ育種に貢献できると考える。

研究成果

• [国際共同研究] The University of Western Australia(オーストラリア)
• [国際共同研究] University of Copenhagen(デンマーク)
• [国際共同研究] Copenhagen University(Denmark)
• [国際共同研究] West Australia University(Australia)
• [国際共同研究] Copenhagen University(Denmark)
• [国際共同研究] West Australia University(Australia)
• [雑誌論文] Rice leaf hydrophobicity and gas films are conferred by a wax synthesis gene (LGF1) and contribute to flood tolerance. (2018)
  • 著者名/発表者名: Kurokawa, Y., Nagai, K., Huan, P. D., Shimazaki, K., Qu, H., Mori, Y., Toda, Y., Kuroha, T., Hayashi, N., Aiga, S., Itoh, J.-i., Yoshimura, A., Sasaki-Sekimoto, Y., Ohta, H., Shimojima, M., Malik, A. I., Pedersen, O., Colmer, T. D. and Ashikari, M.
  • 雑誌名: New Phytologist 巻: － 号: 4 ページ: 1558-1569
  • DOI: 10.1111/nph.15070
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Ethylene-gibberellin signaling underlies adaptation of rice to periodic flooding (2018)
  • 著者名/発表者名: T Kuroha, K Nagai, R Gamuyao, D R Wang, T Furuta, M Nakamori, T Kitaoka, K Adachi, A Minami, Y Mori, K Mashiguchi, Y Seto, S Yamaguchi, M Kojima, H Sakakibara, J Wu, K Ebana, N Mitsuda, M Ohme-Takagi, S Yanagisawa, M Yamasaki, R Yokoyama, K Nishitani, T Mochizuki, G Tamiya, S R McCouch, and M Ashikari
  • 雑誌名: Science 巻: 361 号: 6398 ページ: 181-186
  • DOI: 10.1126/science.aat1577
  • NAID: 120006529624
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Time-Course Transcriptomics Analysis Reveals Key Responses of Submerged Deepwater Rice to Flooding (2018)
  • 著者名/発表者名: Minami Anzu、Yano Kenji、Gamuyao Rico、Nagai Keisuke et. al.
  • 雑誌名: Plant Physiology 巻: 176 号: 4 ページ: 3081-3102
  • DOI: 10.1104/pp.17.00858
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Breeding Applications and Molecular Basis of Semi-dwarfism in Rice (2018)
  • 著者名/発表者名: Nagai Keisuke、Hirano Ko、Angeles-Shim Rosalyn B.、Ashikari Motoyuki
  • 雑誌名: Rice Genomics, Genetics and Breeding 巻: - ページ: 155-176
  • DOI: 10.1007/978-981-10-7461-5_9
  • ISBN: 9789811074608, 9789811074615
  • 査読あり
• [雑誌論文] eQTLs Regulating Transcript Variations Associated with Rapid Internode Elongation in Deepwater Rice (2017)
  • 著者名/発表者名: 1.Takeshi Kuroha, Keisuke Nagai, Yusuke Kurokawa, Yoshiaki Nagamura, Miyako Kusano, Hideshi Yasui, Motoyuki Ashikari, Atsushi Fukushima
  • 雑誌名: Frontiers in Plant Science 巻: 8 ページ: 1753-1753
  • DOI: 10.3389/fpls.2017.01753
  • NAID: 120007134740
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Hormone Distribution And Transcriptome Profiles In Bamboo Shoots Provide Insights On Bamboo Stem Emergence And Growth (2017)
  • 著者名/発表者名: Rico Gamuyao, Keisuke Nagai, Madoka Ayano, Yoshinao Mori, Anzu Minami, Mikiko Kojima, Takamasa Suzuki, Hitoshi Sakakibara, Tetsuya Higashiyama, Motoyuki Ashikari, Stefan Reuscher
  • 雑誌名: PLANT & CELL PHYSIOLOGY 巻: 58 号: 4 ページ: 702-716
  • DOI: 10.1093/pcp/pcx023
  • NAID: 120006343684
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [学会発表] イネ節の効率的な気体透過性による耐水性機構の解明 (2018)
  • 著者名/発表者名: 永井啓祐
  • 学会等名: 第34回資源植物科学シンポジウム、第10回植物ストレス科学研究シンポジウム
  • 招待講演
• [学会発表] Oxygen transport through rice node tissue (2017)
  • 著者名/発表者名: Keisuke Nagai
  • 学会等名: IGER symposium on Long0distance signaling in plant
• [学会発表] イネが水田で生きるためには～コンペイ糖状細胞の発見とガス交換の仕組み～ (2017)
  • 著者名/発表者名: 永井啓祐
  • 学会等名: 2017年遺伝学研究所研究会「イネ分子遺伝学の方向性」
• [学会発表] イネがイネであるために～茎の形態から～ (2017)
  • 著者名/発表者名: 永井啓祐
  • 学会等名: 第3回農学中手の会
• [学会発表] 植物が水辺で生きる (2017)
  • 著者名/発表者名: 永井啓祐
  • 学会等名: 日本育種学会 第132回講演会
  • 招待講演
• [学会発表] イネ節間伸長制御機構の組織化学的解析 (2016)
  • 著者名/発表者名: 大里美咲、永井啓祐、芦苅基行
  • 学会等名: 日本育種学会
  • 発表場所: 鳥取大学
  • 年月日: 2016-09-25
• [学会発表] Anatomic analysis of aerenchyma in grasses (2016)
  • 著者名/発表者名: Keisuke Nagai, Yoshinao Mori, Tim Colmer, Ole Pedersen and Motoyuki Ashikari
  • 学会等名: International society for plant anaerobiosis
  • 発表場所: Copenhagen, Denmark
  • 年月日: 2016-09-05
  • 国際学会
• [学会発表] イネ科植物における節間通気組織の形態学的解析 (2016)
  • 著者名/発表者名: 永井啓祐、大里美咲、芦苅基行
  • 学会等名: イネ遺伝学・分子生物学ワークショップ
  • 発表場所: 名古屋大学
  • 年月日: 2016-07-04
• [備考] Flood, drought and disease tolerant
  • URL: http://www1.bio.ku.dk/presserum/pressemeddelelser/flood-drought-and-disease-tolerant--one-gene-to-rule-them-all/