イネ科作物の柔組織における大規模なプログラム細胞死の制御機構と生理的役割の解明

• 研究課題/領域番号: 17H05019
• 研究種目: 若手研究(A)
• 配分区分: 補助金
• 研究分野: 遺伝育種科学
• 研究機関: 東京大学
• 研究代表者: 藤本 優 東京大学, 大学院農学生命科学研究科(農学部), 准教授 (60554475)
• 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: 24,830千円 (直接経費: 19,100千円、間接経費: 5,730千円); 2019年度: 6,370千円 (直接経費: 4,900千円、間接経費: 1,470千円); 2018年度: 6,370千円 (直接経費: 4,900千円、間接経費: 1,470千円); 2017年度: 12,090千円 (直接経費: 9,300千円、間接経費: 2,790千円)
• キーワード: イネ科作物 / ソルガム / 茎柔組織 / プログラム細胞死 / マスター転写因子 / イネ科 / 転写因子 / イネ / 柔組織 / 細胞死 / 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は、エネルギー作物としても大きなポテンシャルを高い潜在能力を有しています。このソルガムの茎搾汁液からのエタノール生産効率を左右する形質の一つに乾汁性がありますが、乾性品種と比較して、汁性品種の茎組織には多量の糖液が含まれるため、後者の方が優れた生産効率を示します。本研究では、まず、ソルガムの乾汁性を決定する遺伝子を世界に先駆けて単離することに成功しました。さらに、その乾汁性決定遺伝子がコードするタンパク質が、マスター転写因子として機能することで、茎柔組織に大規模なプログラム細胞死が誘導され、茎水分含量の低下が起こることを明らかにしました。

研究成果の学術的意義や社会的意義

製糖・エネルギー作物における茎水分含量の増大は，糖やエタノール生産の原料に用いる茎搾汁液の生産量や生産効率の向上につながります．本研究の成果は，乾汁性決定遺伝子機能の調節を標的とした，糖やエタノール生産用作物の効率的な品種改良や，新たな資源作物開発への道を拓くものとして期待されます．また，茎柔組織の大規模なプログラム細胞死は，イネ科作物のみならず，広範の植物種で観察される現象であり，本研究の成果は，未だ不明な点の多い，その生理的意義や制御機構の理解に大きく貢献するものです。

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] 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: Ｂｒｅｅｄｉｎｇ Ｓｃｉｅｎｃｅ 巻: 70 号: 5 ページ: 605-616
  • DOI: 10.1270/jsbbs.20042
  • NAID: 130007962583
  • ISSN: 1344-7610, 1347-3735
  • 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] 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] 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] Enrichment of Phosphatidylinositol 4,5-Bisphosphate in the Extra-Invasive Hyphal Membrane Promotes Colletotrichum Infection of Arabidopsis thaliana (2019)
  • 著者名/発表者名: Shimada Takashi L、Betsuyaku Shigeyuki、Inada Noriko、Ebine Kazuo、Fujimoto Masaru、Uemura Tomohiro、Takano Yoshitaka、Fukuda Hiroo、Nakano Akihiko、Ueda Takashi
  • 雑誌名: Plant and Cell Physiology 巻: 60 号: 7 ページ: 1514-1524
  • DOI: 10.1093/pcp/pcz058
  • 査読あり
• [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] 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
• [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
• [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