イネ節間伸長を調節するジベレリン合成遺伝子における転写制御機構の解明

• 研究課題/領域番号: 18K06274
• 研究種目: 基盤研究(C)
• 配分区分: 基金
• 応募区分: 一般
• 審査区分: 小区分44030:植物分子および生理科学関連
• 研究機関: 国立研究開発法人農業・食品産業技術総合研究機構 (2019-2020); 東北大学 (2018)
• 研究代表者: 黒羽 剛 国立研究開発法人農業・食品産業技術総合研究機構, 生物機能利用研究部門, 研究員 (50415155)
• 研究期間 (年度): 2018-04-01 – 2021-03-31
• 研究課題ステータス: 完了 (2020年度)
• 配分額: 4,420千円 (直接経費: 3,400千円、間接経費: 1,020千円); 2020年度: 910千円 (直接経費: 700千円、間接経費: 210千円); 2019年度: 1,300千円 (直接経費: 1,000千円、間接経費: 300千円); 2018年度: 2,210千円 (直接経費: 1,700千円、間接経費: 510千円)
• キーワード: イネ / ゲノム編集 / ジベレリン / 節間伸長 / 洪水応答 / エチレン / 洪水 / 生殖成長 / 環境応答 / 植物ホルモン / ストレス / イネ節間伸長 / 転写制御 / 深水応答

研究成果の概要

植物は、様々な外部環境に対応した多様な環境応答機構を持っている。イネは、日長や温度等に起因する生殖成長の開始や、水没による環境変化に応答して、急激に節間を伸長させる能力を持つ。節間伸長に共通して貢献する因子として、ジベレリン合成酵素遺伝子SD1 (OsGA20ox2 )が同定されている。本研究では、SD1遺伝子の発現制御機構を解明するために、多様なSD1遺伝子の多型の組み合わせを持つ系統および、SD1遺伝子の非翻訳領域に様々な欠失を持つゲノム編集系統を作出した。表現型の解析により、SD1遺伝子の発現を通した節間伸長の制御に関わる候補領域を得ることに成功した。

研究成果の学術的意義や社会的意義

本研究成果により、イネの節間伸長の制御において重要なSD1遺伝子の発現制御機構を理解する上で大きな手がかりを得られたと言える。この成果は、植物の多様な成長戦略の解明に結びつくだけでなく、将来的にはイネをはじめとした作物における自在な草丈制御システムの構築に展開できる可能性がある。

研究成果

• [国際共同研究] Cornell University(米国)
• [雑誌論文] Molecular mechanisms and future improvement of submergence tolerance in rice (2020)
  • 著者名/発表者名: Kuroha Takeshi、Ashikari Motoyuki
  • 雑誌名: Molecular Breeding 巻: 40 号: 4 ページ: 41-41
  • DOI: 10.1007/s11032-020-01122-y
  • 査読あり
• [雑誌論文] 洪水に適応する浮イネの急速な節間伸長機構 (2020)
  • 著者名/発表者名: 黒羽 剛, 芦苅基行
  • 雑誌名: 植物の生長調節 巻: 55 ページ: 32-39
  • NAID: 130008060508
• [雑誌論文] Metabolite and Phytohormone Profiling Illustrates Metabolic Reprogramming as an Escape Strategy of Deepwater Rice during Partially Submerged Stress (2020)
  • 著者名/発表者名: Fukushima Atsushi、Kuroha Takeshi、Nagai Keisuke、Hattori Yoko、Kobayashi Makoto、Nishizawa Tomoko、Kojima Mikiko、Utsumi Yoshinori、Oikawa Akira、Seki Motoaki、Sakakibara Hitoshi、Saito Kazuki、Ashikari Motoyuki、Kusano Miyako
  • 雑誌名: Metabolites 巻: 10 号: 2 ページ: 68-68
  • DOI: 10.3390/metabo10020068
  • NAID: 120007132876
  • 査読あり / オープンアクセス
• [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] 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] 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
• [学会発表] イネの遺伝子機能の理解とその先に向けて (2019)
  • 著者名/発表者名: 黒羽 剛
  • 学会等名: 農学中手の会 第5回研究集会
• [学会発表] 浮きイネにおける深水に応答した代謝物変化の包括的解析 (2019)
  • 著者名/発表者名: 黒羽 剛，草野都，福島敦史，永井啓祐，服部洋子，小林 誠，及川彰，小嶋美紀子，榊原 均，内海好規，関 原明，芦苅基行，斉藤和季
  • 学会等名: 第 13 回メタボロームシンポジウム
• [学会発表] Molecular mechanism of adaptation to periodic flooding in rice. (2019)
  • 著者名/発表者名: Takeshi Kuroha
  • 学会等名: 35th ISPR International Symposium and 5th Symposium on Plant Stress Sciences
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] An Ethylene-Gibberellin Relay Co-opts the Green Revolution Gene to Allow Rice Adaptation to Submergence. (2019)
  • 著者名/発表者名: Takeshi Kuroha, Susan R. McCouch, and Motoyuki Ashikari
  • 学会等名: International Plant & Animal Genome XXVII
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Ethylene-Gibberellin Signaling Underlies Adaptation of Rice to Periodic Flooding (2018)
  • 著者名/発表者名: Takeshi Kuroha and Motoyuki Ashikari
  • 学会等名: 16th International Symposium on Rice Functional Genomics
  • 国際学会
• [学会発表] 長期的な洪水に適応した浮きイネの起源とその栽培化 (2018)
  • 著者名/発表者名: 黒羽 剛, Diane Wang, Susan R. McCouch, 横山隆亮, 西谷和彦, 芦苅基行
  • 学会等名: 日本育種学会第134回講演会
• [学会発表] 浮イネにおけるジベレリン合成を介した洪水への適応戦略 (2018)
  • 著者名/発表者名: 黒羽 剛，増口 潔，瀬戸義哉，山口信次郎，横山隆亮，西谷和彦，芦苅基行
  • 学会等名: 日本植物学会第82回大会