ソルガム子実収量の雑種強勢に機能するゲノムワイドな遺伝子ネットワークの解明

• 研究課題/領域番号: 17H01457
• 研究種目: 基盤研究(A)
• 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: 東京大学
• 研究代表者: 堤 伸浩 東京大学, 大学院農学生命科学研究科(農学部), 教授 (00202185)
• 研究期間 (年度): 2017-04-01 – 2020-03-31
• 研究課題ステータス: 完了 (2020年度)
• 配分額: 40,950千円 (直接経費: 31,500千円、間接経費: 9,450千円); 2019年度: 9,360千円 (直接経費: 7,200千円、間接経費: 2,160千円); 2018年度: 17,810千円 (直接経費: 13,700千円、間接経費: 4,110千円); 2017年度: 13,780千円 (直接経費: 10,600千円、間接経費: 3,180千円)
• キーワード: ソルガム / 子実収量 / 穂構造 / 小穂構造 / 種子構造 / GWA解析 / QTL解析 / 雑種強勢 / GWA・QTL解析 / 育種学

研究成果の概要

世界五大穀物の一つであるソルガムの子実収量の向上には，他の作物と同様，雑種強勢の利用が効果的です．雑種強勢を利用による迅速かつ効率的な子実多収性品種の開発には，穂や種子の構造に関する遺伝的ネットワークの同定が大変重要ですが，近代育種の歴史が浅いソルガムにおいては，その実体がほとんど不明でした．本研究では，ソルガムの穂や種子といった，子実の構造に関連する形質の高精度な遺伝解析を行うための交雑集団やゲノムデータを整備するとともに，それらの形質に影響を及ぼす遺伝子座を網羅的に同定することに成功しました．

研究成果の学術的意義や社会的意義

近年，気候変動に起因する穀倉地帯の干ばつは深刻な問題であり，栽培に多量の水を消費するトウモロコシの代替作物として，優れた乾燥耐性を備えるソルガムが注目されつつあります．さらに，小麦食に起因した健康リスクを忌避する消費嗜好の拡大は，ソルガムの消費需要を今後飛躍的に高めることが予想され，生産量の増大を支える多収品種の開発が急務です．本研究の成果は，子実型ソルガムの飛躍的増産を可能にする多収性F1品種の迅速かつ効率的な育種システムの設計に，大きく寄与する知見です．また，ソルガムを含むイネ科作物の子実収量を規定する遺伝機構の多様性や共通性の理解に向けて，高い価値を持つものと考えられます．

研究成果

• [雑誌論文] FMT, a protein that affects mitochondrial distribution, interacts with translation-related proteins in Arabidopsis thaliana (2021)
  • 著者名/発表者名: Ayabe Hiroki、Kawai Narumi、Shibamura Mitsuhiro、Fukao Yoichiro、Fujimoto Masaru、Tsutsumi Nobuhiro、Arimura Shin-ichi
  • 雑誌名: Plant Cell Reports 巻: 40 号: 2 ページ: 327-337
  • DOI: 10.1007/s00299-020-02634-9
  • 査読あり
• [雑誌論文] Dissecting the Genetic Architecture of Biofuel-related Traits in a Sorghum Breeding Population (2020)
  • 著者名/発表者名: Ishimori M, Takanashi H, Hamazaki K, Atagi Y, Kajiya-Kanegae H, Fujimoto M, Yoneda J, Tokunaga T, Tsutsumi N, Iwata H
  • 雑誌名: G3 巻: 10 号: 12 ページ: 4565-4577
  • DOI: 10.1534/g3.120.401582
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Targeted gene disruption of ATP synthases 6-1 and 6-2 in the mitochondrial genome of Arabidopsis thaliana by mitoTALENs (2020)
  • 著者名/発表者名: Arimura S, Ayabe H, Sugaya H, Okuno M, Tamura Y, Tsuruta Y, Watari Y, Yanase S, Yamauchi T, Itoh T, Toyoda A, Takanashi H, Tsutsumi N
  • 雑誌名: Plant J 巻: 104 ページ: 1459-1471
  • 査読あり
• [雑誌論文] Impacts of dominance effects on genomic prediction of sorghum hybrid performance. (2020)
  • 著者名/発表者名: Ishimori M, Hattori T, Yamazaki K, Takanashi H, Fujimoto M, Kajiya-Kanegae H, Yoneda J, Tokunaga T, Fujiwara T, Tsutsumi N, Iwata H
  • 雑誌名: Breed Sci. 巻: 70 ページ: 605-616
  • NAID: 130007962583
  • 査読あり
• [雑誌論文] Longin R-SNARE is retrieved from the plasma membrane by ANTH domain-containing proteins in Arabidopsis (2020)
  • 著者名/発表者名: Fujimoto Masaru、Ebine Kazuo、Nishimura Kohji、Tsutsumi Nobuhiro、Ueda Takashi
  • 雑誌名: Proceedings of the National Academy of Sciences 巻: 117 号: 40 ページ: 25150-25158
  • DOI: 10.1073/pnas.2011152117
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] RAD-seq-Based High-Density Linkage Map Construction and QTL Mapping of Biomass-Related Traits in Sorghum using the Japanese Landrace Takakibi NOG. (2020)
  • 著者名/発表者名: Kajiya-Kanegae H, Takanashi H, Fujimoto M, Ishimori M, Ohnishi N, Wacera W F, Omollo EA, Kobayashi M, Yano K, Nakano M, Kozuka T, Kusaba M, Iwata H, Tsutsumi N, Sakamoto W
  • 雑誌名: Plant Cell Physiol. 巻: 61 号: 7 ページ: 1262-1272
  • DOI: 10.1093/pcp/pcaa056
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] A Role for Auxin in Ethylene-Dependent Inducible Aerenchyma Formation in Rice Roots (2020)
  • 著者名/発表者名: Yamauchi T, Tanaka A, Tsutsumi N, Inukai Y, Nakazono M
  • 雑誌名: Plants (Basel) 巻: 9 号: 5 ページ: 610-610
  • DOI: 10.3390/plants9050610
  • 査読あり
• [雑誌論文] Distance-to-Time Conversion Using Gompertz Model Reveals Age-Dependent Aerenchyma Formation in Rice Roots (2020)
  • 著者名/発表者名: Yamauchi T, Nakazono M, Inukai Y, Tsutsumi N.
  • 雑誌名: Plant Physiol. 巻: 183 号: 4 ページ: 1424-1427
  • DOI: 10.1104/pp.20.00321
  • 査読あり
• [雑誌論文] Effect of salt tolerance on biomass production in a large population of sorghum accessions (2020)
  • 著者名/発表者名: Yamazaki Kiyoshi、Ishimori Motoyuki、Kajiya-Kanegae Hiromi、Takanashi Hideki、Fujimoto Masaru、Yoneda Jun-ichi、Yano Kentaro、Koshiba Taichi、Tanaka Ryokei、Iwata Hiroyoshi、Tokunaga Tsuyoshi、Tsutsumi Nobuhiro、Fujiwara Toru
  • 雑誌名: Ｂｒｅｅｄｉｎｇ Ｓｃｉｅｎｃｅ 巻: 70 号: 2 ページ: 167-175
  • DOI: 10.1270/jsbbs.19009
  • NAID: 130007833812
  • ISSN: 1344-7610, 1347-3735
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Comparison of shape quantification methods for genomic prediction, and genome-wide association study of sorghum seed morphology (2019)
  • 著者名/発表者名: Sakamoto Lisa、Kajiya-Kanegae Hiromi、Noshita Koji、Takanashi Hideki、Kobayashi Masaaki、Kudo Toru、Yano Kentaro、Tokunaga Tsuyoshi、Tsutsumi Nobuhiro、Iwata Hiroyoshi
  • 雑誌名: PLOS ONE 巻: 14 号: 11 ページ: e0224695-e0224695
  • DOI: 10.1371/journal.pone.0224695
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Comparison and Characterization of Mutations Induced by Gamma-Ray and Carbon-Ion Irradiation in Rice (Oryza sativa L.) Using Whole-Genome Resequencing (2019)
  • 著者名/発表者名: Li F, Shimizu A, Nishio T, Tsutsumi N, Kato H.
  • 雑誌名: G3 (Genes, Genomes, Genetics) 巻: 9 号: 11 ページ: 3743-3751
  • DOI: 10.1534/g3.119.400555
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Fine control of aerenchyma and lateral root development through AUX/IAA- and ARF-dependent auxin signaling. (2019)
  • 著者名/発表者名: Yamauchi T, Tanaka A, Inahashi H, Nishizawa NK, Tsutsumi N, Inukai Y, Nakazono M.
  • 雑誌名: Proc. Natl. Acad. Sci. USA 巻: 116 号: 41 ページ: 20770-20775
  • DOI: 10.1073/pnas.1907181116
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Curing cytoplasmic male sterility via TALEN- mediated mitochondrial genome editing (2019)
  • 著者名/発表者名: Tomohiko Kazama 1*, Miki Okuno2, Yuta Watari3, Shungo Yanase3, Chie Koizuka4, Yu Tsuruta3, Hajime Sugaya3, Atsushi Toyoda 5, Takehiko Itoh2, Nobuhiro Tsutsumi3, Kinya Toriyama1, Nobuya Koizuka 4* and Shin-ichi Arimura 3,6*
  • 雑誌名: Nature Plants 巻: 5 号: 7 ページ: 722-730
  • DOI: 10.1038/s41477-019-0459-z
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] ソルガムにおける茎柔組織髄化の分子メカニズム (2019)
  • 著者名/発表者名: 藤本 優, 米丸 淳一, 堤 伸浩
  • 雑誌名: 植物の生長調節 巻: 54 号: 1 ページ: 66-70
  • DOI: 10.18978/jscrp.54.1_66
  • NAID: 130007668424
  • ISSN: 1346-5406, 2189-6305
• [雑誌論文] ソルガムの茎糖液含量を規定する遺伝子 (2019)
  • 著者名/発表者名: 藤本 優，佐塚隆志，米丸淳一，堤 伸浩
  • 雑誌名: バイオサイエンスとインダストリー 巻: 77 ページ: 112-115
  • NAID: 40021840498
• [雑誌論文] Root Cortex Provides a Venue for Gas-Space Formation and Is Essential for Plant Adaptation to Waterlogging (2019)
  • 著者名/発表者名: Yamauchi T, Abe F, Tsutsumi N, Nakazono M
  • 雑誌名: Frontiers in Plant Science 巻: 10 ページ: 259-259
  • DOI: 10.3389/fpls.2019.00259
  • 査読あり
• [雑誌論文] The mitochondrial genome of an asymmetrically cell-fused rapeseed, <i>Brassica napus</i>, containing a radish-derived cytoplasmic male sterility-associated gene (2018)
  • 著者名/発表者名: Arimura Shin-ichi、Yanase Shungo、Tsutsumi Nobuhiro、Koizuka Nobuya
  • 雑誌名: Genes & Genetic Systems 巻: 93 号: 4 ページ: 143-148
  • DOI: 10.1266/ggs.18-00005
  • NAID: 130007503896
  • ISSN: 1341-7568, 1880-5779
  • 年月日: 2018-08-01
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Transcriptional switch for programmed cell death in pith parenchyma of sorghum stems. (2018)
  • 著者名/発表者名: Fujimoto M, Sazuka T, Oda Y, Kawahigashi H, Wu J, Takanashi H, Ohnishi T, Yoneda JI, Ishimori M, Kajiya-Kanegae H, Hibara KI, Ishizuna F, Ebine K, Ueda T, Tokunaga T, Iwata H, Matsumoto T, Kasuga S, Yonemaru JI, Tsutsumi N
  • 雑誌名: Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America 巻: 115 号: 37
  • DOI: 10.1073/pnas.1807501115
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] miRNAs control HAM1 functions at the single-cell-layer level and are essential for normal embryogenesis in Arabidopsis (2018)
  • 著者名/発表者名: Hideki Takanashi, Hikari Sumiyoshi, Mirai Mogi, Yoshikazu Hayashi, Takayuki Ohnishi, Nobuhiro Tsutsumi
  • 雑誌名: Plant Molecular Biology 巻: - 号: 6 ページ: 627-640
  • DOI: 10.1007/s11103-018-0719-8
  • 査読あり
• [雑誌論文] Cold Treatment Induces Transient Mitochondrial Fragmentation in Arabidopsis thaliana in a Way that Requires DRP3A but not ELM1 or an ELM1-Like Homologue, ELM2 (2017)
  • 著者名/発表者名: Arimura SI, Kurisu R, Sugaya H, Kadoya N, Tsutsumi N
  • 雑誌名: International Journal of Molecular Sciences 巻: 18 号: 10 ページ: 2161-2161
  • DOI: 10.3390/ijms18102161
  • 査読あり / オープンアクセス
• [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] DRP3 and ELM1 are required for mitochondrial fission in the liverwort Marchantia polymorpha (2017)
  • 著者名/発表者名: Nagaoka Nagisa、Yamashita Akihiro、Kurisu Rina、Watari Yuta、Ishizuna Fumiko、Tsutsumi Nobuhissro、Ishizaki Kimitsune、Kohchi Takayuki、Arimura Shin-ichi
  • 雑誌名: Scientific Reports 巻: 7 号: 1 ページ: 4600-4600
  • DOI: 10.1038/s41598-017-04886-0
  • NAID: 120006366789
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] An NADPH oxidase RBOH functions in rice roots during lysigenous aerenchyma formation under oxygen-deficient conditions. (2017)
  • 著者名/発表者名: Yamauchi, T., Yoshioka, M., Fukazawa, A., Mori, H., Nishizawa, N.K., Tsutsumi, N., Yoshioka, H. and Nakazono, M.
  • 雑誌名: The Plant Cell 巻: 印刷中 号: 4 ページ: 775-790
  • DOI: 10.1105/tpc.16.00976
  • 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] 遺伝子型×環境交互作用モデルによるソルガムのゲノミック予測 (2020)
  • 著者名/発表者名: 石森元幸, 山﨑清志, 高梨秀樹, 鐘ヶ江弘 美, 藤本優, 米田淳一, 徳永毅, 藤原徹, 堤伸浩, 岩田洋佳
  • 学会等名: 日本育種学会・第137回講演会
• [学会発表] 植物ミトコンドリアゲノム編集の試み: mitoTALENによるシロイヌナズナNAD7遺伝子の破壊 (2020)
  • 著者名/発表者名: 綾部弘基, 日高朋美, 田村美子, 堤伸浩, 有村慎一
  • 学会等名: 日本育種学会・第137回講演会
• [学会発表] パーティクルガンを用いたミトコンドリアゲノムへの外来遺伝子導入の試み (2020)
  • 著者名/発表者名: 中里一星，肥塚信也，堤伸浩，有村慎一
  • 学会等名: 日本育種学会・第137回講演会
• [学会発表] たかきびRILのイオノームを用いたソルガム種子の元素含量に関するQTL解析 (2020)
  • 著者名/発表者名: ワセラフィオナ，藤原徹 ，山崎清志，高梨秀樹，堤伸浩，鐘ヶ江弘美，坂本亘
  • 学会等名: 日本育種学会・第137回講演会
• [学会発表] mitoTALEN によるミトコンドリアゲノム編集：シロイヌナズナ ATP6-1・ATP6-2 遺伝子の冗長性の解析 (2019)
  • 著者名/発表者名: 鶴田遊, 菅谷元, 柳瀬俊吾, 亘悠太, 堤伸浩, 有村慎一
  • 学会等名: 日本育種学会・第136回講演会
• [学会発表] mitoTALENによるシロイヌナズナミトコンドリアゲノムNAD7の標的遺伝子破壊 (2019)
  • 著者名/発表者名: 綾部弘基，日高朋美，田村美子，堤伸浩，有村慎一
  • 学会等名: 日本育種学会・第136回講演会
• [学会発表] 遺伝子型×年次交互作用モデルによるソルガムのゲノムワイド関連解析 (2019)
  • 著者名/発表者名: 石森 元幸, 高梨 秀樹, 藤本 優, 鐘ヶ江 弘美, 米田 淳一, 徳永 毅, 堤 伸浩, 岩田 洋佳
  • 学会等名: 日本育種学会第135回講演会
• [学会発表] 多様な土壌水分環境に適応的なイネ科植物の根の解剖学的形質のモデル化 (2019)
  • 著者名/発表者名: 山内 卓樹, 中園 幹生, 堤 伸浩
  • 学会等名: 日本育種学会第135回講演会
• [学会発表] ピーカン遺伝資源のもつ可食部形態の多様性を画像とゲノムデータをもとに解析する (2019)
  • 著者名/発表者名: 千々谷 涼介，坂本 莉沙，石森 元幸，高梨 秀樹，Kimberly Cervantes，永野 惇，鐘ケ江 弘美，L.J. Grauke，堤 伸浩，Jennifer J. Randall，岩田 洋佳
  • 学会等名: 日本育種学会第135回講演会
• [学会発表] ソルガム毛状突起の先端構造に関する遺伝子座の探索 (2018)
  • 著者名/発表者名: 三輪幸哉，七条光年，高梨秀樹，藤本優，鐘ケ江弘美，石森元幸，矢野健太郎，山崎清志，藤原徹，米田淳一，徳永毅，石綱史子，小童谷利恵，大西紀和，坂本亘，岩田洋佳，堤伸浩
  • 学会等名: 日本育種学会第133回講演会
• [学会発表] ソルガム未熟胚の培養応答性に関するGWA 解析およびQTL 解析 (2018)
  • 著者名/発表者名: 西村明日香，七条光年，三輪幸哉，高梨秀樹，藤本優，鐘ヶ江弘美，小林正明，矢野健太郎，小柴太一，徳永毅，岩田洋佳，坂本亘，堤伸浩ソルガム未熟胚の培養応答性に関するGWA 解析およびQTL 解析
  • 学会等名: 日本育種学会第133回講演会
• [学会発表] 全ゲノムSNP を用いたGWAS におけるSNP-set 解析の可能性 (2018)
  • 著者名/発表者名: 石森元幸, 鐘ケ江弘美, 山﨑清志, 高梨秀樹, 藤本優, 米田淳一, 徳永毅, 藤原徹,堤伸浩, 岩田洋佳
  • 学会等名: 日本育種学会第133回講演会
• [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 (2018)
  • 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
• [学会発表] 高速ジェノタイピングによるテーラーメード育種 (2018)
  • 著者名/発表者名: 堤伸浩
  • 学会等名: 日本育種学会第134回講演会・ワークショップ植物科学は農業生産へいかに貢献するか～植物科学のこれから～
  • 招待講演
• [学会発表] Phenomics に適したQTL 解析手法の提案：ソルガムRIL 集団の葉形態を例に (2018)
  • 著者名/発表者名: 坂本 莉沙, 藤本 優, 高梨 秀樹, 鐘ケ江 弘美, 野下 浩司, 小林 正明, 矢野 健太郎, 小童谷 利恵, 大西 紀和, 堤 伸浩, 坂本 亘, 岩田 洋佳
  • 学会等名: 日本育種学会第134回講演会
• [学会発表] Large scale analysis of elemental composition in sorghum (2018)
  • 著者名/発表者名: Yamasaki, K., Fujimoto, M., Yoneda, J., Koshiba, T., Ishimori, M., Takanashi, H., Kajiya-Kanegae, H., Iwata, H., Tsutsumi, N., Tokunaga, T., Fujiwara, T
  • 学会等名: Sorghum in the 21st Century, Cape Town, South Africa
• [学会発表] Genome-Wide association studies and genomic prediction with 3,000 biomass sorghum plants (2018)
  • 著者名/発表者名: Ishimori, M., Takanashi, H., Fujimoto, M., Kajiya-Kanegae, H., Yoneda, J., Yano, K., Tokunaga, T., Tsutsumi, N., Iwata, H
  • 学会等名: Sorghum in the 21st Century, Cape Town, South Africa
• [学会発表] Mapping of QTLs associated with awn length in sorghum (2018)
  • 著者名/発表者名: Takanashi, H., Kajiya-Kanegae H., Ishimori, M., Yano, K., Ohnishi, N., Fujiwara, T., Iwata, H., Sakamoto, W., Tsutsumi, N
  • 学会等名: Sorghum in the 21st Century, Cape Town, South Africa
• [学会発表] ソルガム不稔小穂の発達度合に関するGWA 解析 (2017)
  • 著者名/発表者名: 七条光年, 高梨秀樹, 藤本優, 鐘ケ江弘美, 石森元幸, 小林正明, 矢野健太郎, 山崎清志, 藤原徹, 米田淳一, 徳永毅, 岩田洋佳, 堤伸浩
  • 学会等名: 日本育種学会第132回講演会
• [学会発表] ソルガム苞穎毛の先端構造に関する遺伝子座の探索 (2017)
  • 著者名/発表者名: 三輪幸哉, 七条光年, 高梨秀樹, 藤本優, 鐘ケ江弘美, 石森元幸, 小林正明, 矢野健太郎, 山崎清志, 藤原徹, 米田淳一, 徳永毅, 小童谷利恵, 大西紀和, 坂本亘, 岩田洋佳, 堤伸浩
  • 学会等名: 日本育種学会第132回講演会
• [学会発表] QTL解析に価値ある画像解析：ソルガムRIL集団の葉形態を例に (2017)
  • 著者名/発表者名: 坂本莉沙,藤本優,高梨秀樹,鐘ケ江弘美,野下浩司,小林正明,矢野健太郎,七条光年,小童谷利恵,大西紀和,堤伸浩,坂本亘,岩田洋佳
  • 学会等名: 日本育種学会第132回講演会
• [学会発表] ソルガム RIL 集団を用いた塩・浸透圧ストレス耐性に関する QTL 解析 (2017)
  • 著者名/発表者名: 山内卓樹，高梨秀樹，藤本優，鐘ケ江弘美，石森元幸，小林正明，矢野健太郎，小童谷利恵，大西紀和，岩田洋佳，坂本亘，堤伸浩
  • 学会等名: 日本育種学会第132回講演会
• [備考] 世界初の植物ミトコンドリアのゲノム編集に成功
  • URL: https://www.a.u-tokyo.ac.jp/topics/topics_20190709-1.html
• [備考] イネの水田での生育を支える通気組織形成の仕組みを解明
  • URL: https://www.a.u-tokyo.ac.jp/topics/topics_20190924-1.html
• [備考] ソルガムにおける乾汁性決定遺伝子の発見～糖やエタノールの生産性向上に関わる100年来の謎を解明～
  • URL: https://www.a.u-tokyo.ac.jp/topics/2018/20180828-1.html