麦類の小花発達を制御する分子機構解明

• 研究課題/領域番号: 16K18635
• 研究種目: 若手研究(B)
• 配分区分: 基金
• 研究分野: 遺伝育種科学
• 研究機関: 鳥取大学
• 研究代表者: 佐久間 俊 鳥取大学, 農学部, 助教 (40717352)
• 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: 390千円 (直接経費: 300千円、間接経費: 90千円); 2017年度: 1,430千円 (直接経費: 1,100千円、間接経費: 330千円); 2016年度: 2,470千円 (直接経費: 1,900千円、間接経費: 570千円)
• キーワード: 収量 / 穂形態 / 遺伝子 / 進化 / オオムギ / コムギ / 小花 / 穀粒数 / 穀粒サイズ / 変異体 / 育種学 / 遺伝学 / 植物

研究成果の概要

麦類作物の穀粒収量は穂形態に大きく影響される。しかし、穂形を制御する遺伝子はほとんど明らかになっていないためDNAマーカーの利用による効率的な選抜育種が難しいのが現状である。そこで、本研究では麦類作物の小花の発達を制御する遺伝子の同定と機能解明を行った。オオムギの穀粒サイズを制御するVrs1.t遺伝子とコムギの穀粒数を制御するGNI1遺伝子を明らかにした。Vrs1.t1は穀粒を生産しない小花を極端に退化させることで穀粒を生産する小花の発達を促進させることがわかった。GNI1は通常は不稔になる小花を発達させることで穀粒数を増加させる効果を持つことがわかった。

研究成果の学術的意義や社会的意義

本研究により、オオムギとコムギの収量性を向上させる穂形態を制御する遺伝子が明らかになった。地球規模の気候変動に伴う減収が懸念される中、収量性の向上は世界共通の課題である。単離した遺伝子はいずれも自然に存在する変異で長い年月をかけて選抜されたものである。今後この遺伝子を利用することで効率的な収量性の改善が期待できる。

研究成果

• [国際共同研究] IPK(ドイツ)
• [国際共同研究] The Hebrew University of Jerusalem(イスラエル)
• [国際共同研究] CSIC(スペイン)
• [国際共同研究] The University of Sydney(オーストラリア)
• [国際共同研究] IPK(ドイツ)
• [国際共同研究] The University of Sydney(オーストラリア)
• [国際共同研究] CSIC(スペイン)
• [雑誌論文] Unleashing floret fertility in wheat through the mutation of a homeobox gene (2019)
  • 著者名/発表者名: Sakuma, S., Golan, G., Guo, Z., Ogawa, T., Tagiri, A., Sugimoto, K., Bernhardt, N., Brassac, J., Mascher, M., Hensel, G., Ohnishi, S., Jinno, H., Yamashita, Y., Ayalon, I., Peleg, Z., Schnurbusch, T., Komatsuda, T.
  • 雑誌名: Proceedings of the National Academy of Sciences 巻: 116 号: 11 ページ: 5182-5187
  • DOI: 10.1073/pnas.1815465116
  • NAID: 120006958020
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Elucidation of the origin of ‘agriocrithon’ based on domestication genes questions the hypothesis that Tibet is one of the centers of barley domestication (2018)
  • 著者名/発表者名: Pourkheirandish Mohammad、Kanamori Hiroyuki、Wu Jianzhong、Sakuma Shun、Blattner Frank R.、Komatsuda Takao
  • 雑誌名: The Plant Journal 巻: 94 号: 3 ページ: 525-534
  • DOI: 10.1111/tpj.13876
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Resequencing theVrs1 gene in Spanish barley landraces revealed reversion of six-rowed to two-rowed spike (2018)
  • 著者名/発表者名: Casas Ana M.、Contreras-Moreira Bruno、Cantalapiedra Carlos P.、Sakuma Shun、Gracia Mar?a Pilar、Moralejo Marian、Molina-Cano Jos? Luis、Komatsuda Takao、Igartua Ernesto
  • 雑誌名: Molecular Breeding 巻: 38 号: 5 ページ: 51-51
  • DOI: 10.1007/s11032-018-0816-z
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Unleashing floret fertility by a mutated homeobox gene improved grain yield during wheat evolution under domestication (2018)
  • 著者名/発表者名: Sakuma, S., Golan, G., Guo, Z., Ogawa, T., Tagiri, A., Sugimoto, K., Bernhardt, N., Brassac, J., Mascher, M., Hensel, G., Ohnishi, S., Jinno, H., Yamashita, Y., Ayalon, I., Peleg, Z., Schnurbusch, T., Komatsuda, T.
  • 雑誌名: bioRxiv 巻: -
  • DOI: 10.1101/434985
  • オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] On the Origin of the Non-brittle Rachis Trait of Domesticated Einkorn Wheat (2018)
  • 著者名/発表者名: Pourkheirandish Mohammad、Dai Fei、Sakuma Shun、Kanamori Hiroyuki、Distelfeld Assaf、Willcox George、Kawahara Taihachi、Matsumoto Takashi、Kilian Benjamin、Komatsuda Takao
  • 雑誌名: Frontiers in Plant Science 巻: 8 ページ: 2031-2031
  • DOI: 10.3389/fpls.2017.02031
  • NAID: 120006626770
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Extreme Suppression of Lateral Floret Development by a Single Amino Acid Change in the VRS1 Transcription Factor (2017)
  • 著者名/発表者名: Sakuma Shun、Lundqvist Udda、Kakei Yusuke、Thirulogachandar Venkatasubbu、Suzuki Takako、Hori Kiyosumi、Wu Jianzhong、Tagiri Akemi、Rutten Twan、Koppolu Ravi、Shimada Yukihisa、Houston Kelly、Thomas William T.B.、Waugh Robbie、Schnurbusch Thorsten、Komatsuda Takao
  • 雑誌名: Plant Physiology 巻: 175 号: 4 ページ: 1720-1731
  • DOI: 10.1104/pp.17.01149
  • NAID: 120006958021
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [学会発表] コムギの稔実小花数増加による多収化 (2019)
  • 著者名/発表者名: 佐久間 俊, Guy Golan, Zifeng Guo, 小川 泰一, 田切 明美, 杉本 和彦, 大西 志全, 神野 裕信, 山下 陽子, Zvi Peleg, Thorsten Schnurbusch, 小松田 隆夫
  • 学会等名: 第135回日本育種学会講演会
• [学会発表] オオムギ側列小花の極端な発達抑制による大粒化 (2018)
  • 著者名/発表者名: 佐久間俊, 小松田隆夫
  • 学会等名: 第134回日本育種学会講演会
• [学会発表] 麦類の小花稔性に関する遺伝機構 (2018)
  • 著者名/発表者名: 佐久間俊
  • 学会等名: 第10回中国地域育種談話会
  • 招待講演
• [学会発表] Understanding genetic diversity of inflorescence architecture in Triticeae (2018)
  • 著者名/発表者名: Shun Sakuma
  • 学会等名: International Training Course on Triticeae Genomics
  • 国際学会
• [学会発表] Mutation identification by direct comparison of whole-genome sequencing data of mutant and wild type individuals (2018)
  • 著者名/発表者名: Martin Mascher, Shun Sakuma
  • 学会等名: Second International Barley Mutant Workshop
  • 国際学会
• [学会発表] Cloning of the zero-rowed spike 1 in barley (2018)
  • 著者名/発表者名: S. Sakuma, M. Mascher, T. Komatsuda, T. Schnurbusch
  • 学会等名: International Plant & Animal Genome XXVI
  • 国際学会
• [学会発表] Genetic basis of grain number in Triticeae (2017)
  • 著者名/発表者名: S. Sakuma, T. Schnurbusch, T. Komatsuda
  • 学会等名: International Workshop-Barley and wheat orthologous genes, their structure, function and application.
  • 招待講演
• [学会発表] コムギにおける擬似分枝を制御する遺伝子の同定 (2017)
  • 著者名/発表者名: 三橋優衣・佐久間俊・川浦香奈子
  • 学会等名: 第132回日本育種学会講演会
• [学会発表] コムギの小穂発達に関する遺伝解析 (2017)
  • 著者名/発表者名: 三橋優衣・佐久間俊・川浦香奈子
  • 学会等名: 第12回ムギ類研究会