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オオムギにおける形質転換適性の制御メカニズムの解明

研究課題

研究課題/領域番号 19H02930
研究種目

基盤研究(B)

配分区分補助金
応募区分一般
審査区分 小区分39010:遺伝育種科学関連
研究機関岡山大学

研究代表者

久野 裕  岡山大学, 資源植物科学研究所, 准教授 (70415454)

研究分担者 三谷 奈見季  岡山大学, 資源植物科学研究所, 准教授 (40581020)
松島 良  岡山大学, 資源植物科学研究所, 准教授 (80403476)
研究期間 (年度) 2019-04-01 – 2022-03-31
研究課題ステータス 完了 (2021年度)
配分額 *注記
17,550千円 (直接経費: 13,500千円、間接経費: 4,050千円)
2021年度: 4,160千円 (直接経費: 3,200千円、間接経費: 960千円)
2020年度: 4,160千円 (直接経費: 3,200千円、間接経費: 960千円)
2019年度: 9,230千円 (直接経費: 7,100千円、間接経費: 2,130千円)
キーワードオオムギ / 組織培養 / 形質転換 / ゲノム編集 / カルス化 / 再分化 / 遺伝解析 / 脱分化 / 制御遺伝子 / 幹細胞
研究開始時の研究の概要

植物の遺伝子組換え(形質転換)効率は系統間差が大きく、その適性が高い系統は限られている。そこには、遺伝子の導入、脱分化(カルス化)および再分化の各効率が鍵となり、それぞれが遺伝的に制御されていると考えられる。本研究では、オオムギにおける形質転換適性要因の中でも重要なカルス化および再分化に焦点を絞り、①関連遺伝子の同定、②幹細胞の可視化とその周辺細胞の解析、および③組織培養適性を制御する物質の同定を行う。形質転換適性に関わる遺伝因子を明らかにし、それらを制御することにより、特定のオオムギ系統に依存しない形質転換やゲノム編集を実現することが本研究の最終目的である。

研究成果の概要

オオムギの遺伝子組換え効率に関わる主要な形質座(TFA)の絞り込みを目的として、形質転換できる品種とできない品種の交雑集団を用いて遺伝学実験を行った。その結果、TFA3と呼ばれる領域にカルスの誘導・増殖に寄与している遺伝子の存在を明らかにした。さらに、網羅的遺伝子発現解析により、形質転換できる品種とできない品種の間で発現に差のある遺伝子を網羅的に明らかにした。発現変動のあった1つの遺伝子についてクローニングを行いオオムギに導入したが、カルス誘導の効率向上は見られなかった。一方、TFA選抜オオムギ系統を用いてゲノム編集実験を行った結果、目的遺伝子に変異を持つ個体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

これまで、遺伝子組換え技術は限られた品種のみに効率よく適用できたが、他の多くの品種は適用が不可能であった。さらに、オオムギの形質転換効率が低いのが問題であった。本研究で得られた成果は、オオムギの組織培養、遺伝子組換えおよびゲノム編集技術の効率向上に寄与し、品種改良の加速化に貢献する。また、これらの成果を利用することにより、より多くの品種において遺伝子組換えやゲノム編集が可能になることが期待される。

報告書

(4件)
  • 2021 実績報告書   研究成果報告書 ( PDF )
  • 2020 実績報告書
  • 2019 実績報告書
  • 研究成果

    (16件)

すべて 2022 2021 2020 2019 その他

すべて 国際共同研究 (1件) 雑誌論文 (6件) (うち国際共著 5件、 査読あり 6件、 オープンアクセス 4件) 学会発表 (6件) 図書 (2件) 産業財産権 (1件)

  • [国際共同研究] IPK(ドイツ)

    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
  • [雑誌論文] A crucial role for a node‐localized transporter, HvSPDT, in?loading phosphorus into barley grains2022

    • 著者名/発表者名
      Gu Mian、Huang Hengliang、Hisano Hiroshi、Ding Guangda、Huang Sheng、Mitani‐Ueno Namiki、Yokosho Kengo、Sato Kazuhiro、Yamaji Naoki、Ma Jian Feng
    • 雑誌名

      New Phytologist

      巻: 234 号: 4 ページ: 1249-1261

    • DOI

      10.1111/nph.18057

    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
  • [雑誌論文] Regulation of germination by targeted mutagenesis of grain dormancy genes in barley2021

    • 著者名/発表者名
      Hisano Hiroshi、Hoffie Robert E.、Abe Fumitaka、Munemori Hiromi、Matsuura Takakazu、Endo Masaki、Mikami Masafumi、Nakamura Shingo、Kumlehn Jochen、Sato Kazuhiro
    • 雑誌名

      Plant Biotechnology Journal

      巻: 20 号: 1 ページ: 37-46

    • DOI

      10.1111/pbi.13692

    • NAID

      120007150189

    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
  • [雑誌論文] Targeted genome modifications in cereal crops2021

    • 著者名/発表者名
      Hisano Hiroshi、Abe Fumitaka、Hoffie Robert E.、Kumlehn Jochen
    • 雑誌名

      Breeding Science

      巻: 71 号: 4 ページ: 405-416

    • DOI

      10.1270/jsbbs.21019

    • NAID

      130008096033

    • ISSN
      1344-7610, 1347-3735
    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
    • 査読あり / 国際共著
  • [雑誌論文] RACE1, a Japanese Blumeria graminis f. sp. hordei isolate, is capable of overcoming partially mlo-mediated penetration resistance in barley in an allele-specific manner.2021

    • 著者名/発表者名
      Takashi Yaeno, Miki Wahara, Mai Nagano, Hikaru Wanezaki, Hirotaka Toda, Hiroshi Inoue, Ayaka Eishima, Masamichi Nishiguchi, Hiroshi Hisano, Kappei Kobayashi, Kazuhiro Sato, Naoto Yamaoka
    • 雑誌名

      PLOS ONE

      巻: 16 号: 8 ページ: e0256574-e0256574

    • DOI

      10.1371/journal.pone.0256574

    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Breeding for low cadmium barley by introgression of a Sukkula-like transposable element2020

    • 著者名/発表者名
      Lei Gui Jie、Fujii-Kashino Miho、Wu De Zhi、Hisano Hiroshi、Saisho Daisuke、Deng Fenglin、Yamaji Naoki、Sato Kazuhiro、Zhao Fang-Jie、Ma Jian Feng
    • 雑誌名

      Nature Food

      巻: 1 号: 8 ページ: 489-499

    • DOI

      10.1038/s43016-020-0130-x

    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
    • 査読あり / 国際共著
  • [雑誌論文] Antagonistic regulation of the gibberellic acid response during stem growth in rice2020

    • 著者名/発表者名
      Nagai Keisuke et al.
    • 雑誌名

      Nature

      巻: 584 号: 7819 ページ: 109-114

    • DOI

      10.1038/s41586-020-2501-8

    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
  • [学会発表] オオムギ種子休眠遺伝子の標的変異導入による発芽の制御.2021

    • 著者名/発表者名
      久野裕・Robert Hoffie・安倍史高・宗森広美・松浦恭和・遠藤真咲・三上 雅史・中村信吾・Jochen Kumlehn・ 佐藤 和広
    • 学会等名
      第38回日本バイオテクノロジー学会
    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
  • [学会発表] オオムギ種子休眠遺伝子の標的変異導入による発芽制御2021

    • 著者名/発表者名
      久野裕・Robert Hoffie・安倍史高・宗森広美・松浦恭和・遠藤真咲・三上 雅史・中村信吾・Jochen Kumlehn・ 佐藤 和広
    • 学会等名
      育種学会第140回講演会
    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
  • [学会発表] 遺伝子改変能を付与した低澱粉オオムギ変異系統の開発2021

    • 著者名/発表者名
      久野裕・松島良・佐藤和広
    • 学会等名
      第16回ムギ類研究会
    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
  • [学会発表] オオムギ2H染色体に座乗する形質転換感受性に関わる遺伝子座TFA3の特性2021

    • 著者名/発表者名
      久野 裕・宗森 広美・佐藤 和広
    • 学会等名
      日本育種学会第139回講演会
    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
  • [学会発表] オオムギ2H染色体に座乗する形質転換効率に関わるTFA3遺伝子座の機能2020

    • 著者名/発表者名
      久野 裕・宗森 広美・佐藤 和広
    • 学会等名
      第15回ムギ類研究会
    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
  • [学会発表] オオムギ2H染色体に座乗する形質転換効率に関わるTFA遺伝子座のマッピング2019

    • 著者名/発表者名
      久野 裕, 宗森 広美, 山地 奈美, 佐藤 和広
    • 学会等名
      日本育種学会
    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
  • [図書] 「オオムギの形質転換およびゲノム編集」ひとりではじめる植物バイオテクノロジー入門 組織培養からゲノム編集まで2022

    • 著者名/発表者名
      久野裕(分担) (編集:田部井豊、七里吉彦、三柴啓一郎、安本周平)
    • 総ページ数
      413
    • 出版者
      国際文献社
    • ISBN
      9784910603032
    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
  • [図書] "Site-Directed Mutagenesis in Barley Using RNA-Guided Cas Endonucleases During Microspore-Derived Generation of Doubled Haploids" in Doubled Haploid Technology2021

    • 著者名/発表者名
      Robert Eric Hoffie, Ingrid Otto, Hiroshi Hisano, Jochen Kumlehn
    • 総ページ数
      312
    • 出版者
      Springer
    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
  • [産業財産権] イネ科植物及びその作製方法2020

    • 発明者名
      松島良・久野裕・佐藤和広
    • 権利者名
      松島良・久野裕・佐藤和広
    • 産業財産権種類
      特許
    • 産業財産権番号
      2020-169225
    • 出願年月日
      2020
    • 関連する報告書
      2020 実績報告書

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公開日: 2019-04-18   更新日: 2023-01-30  

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