アブラナ科植物の花粉・柱頭不和合性機構に関わる因子の遺伝育種学的研究

• 研究課題/領域番号: 19K05963
• 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39010:遺伝育種科学関連
• 研究機関: 東北大学
• 研究代表者: 高田 美信 東北大学, 生命科学研究科, 技術専門職員 (30451610)
• 研究期間 (年度): 2019-04-01 – 2023-03-31
• 研究課題ステータス: 完了 (2022年度)
• 配分額: 4,290千円 (直接経費: 3,300千円、間接経費: 990千円); 2021年度: 1,170千円 (直接経費: 900千円、間接経費: 270千円); 2020年度: 1,430千円 (直接経費: 1,100千円、間接経費: 330千円); 2019年度: 1,690千円 (直接経費: 1,300千円、間接経費: 390千円)
• キーワード: アブラナ科植物 / 自家不和合性 / 一側性不和合性 / 柱頭・花粉情報伝達 / 有性生殖 / F1採種 / 花粉・柱頭情報伝達 / 受粉時不和合性 / 花粉・柱頭認識

研究開始時の研究の概要

本研究では、アブラナ科植物の花粉・柱頭認識、情報伝達系の解明の足がかりとして、自家和合性(Self-compatibility; SC)変異体の原因遺伝子を解析する。また、既にこれまで全く報告されていない新規な不和合性現象を見出しており、この遺伝分析を行う。自家不和合性を支配するS遺伝子座の影響では説明できないこの現象の解析を通して、花粉・柱頭認識に関わる新規な要因の単離同定を目指す。

研究成果の概要

本研究では、アブラナ科植物の受粉時不和合性機構解明を目標に、自家和合性変異体からの原因遺伝子解明、新規一側性不和合性現象の遺伝的特徴づけを行った。異なる2系統の自家和合性変異体を用いた解析ではBrassica rapa第7染色体と第10染色体にそれぞれ原因因子が存在することを明らかにした。また、新規一側性不和合性を示す雌雄両親個体を用いた遺伝分析の結果、原因遺伝子は我々が以前に報告済みである一側性不和和合性遺伝子座に座上することを明らかにした。一側性不和合性制御遺伝子の配列多型によって複雑な不和合性認識が成立している可能性を示唆する結果であった。

研究成果の学術的意義や社会的意義

自家和合性変異体の解析より明らかになった遺伝子座はいずれも新規因子と考えられた。また、一側性不和合性制御遺伝子の多型により新規な組み合わせでの不和合性現象が生じることが予測され、今後特定の組合せで受粉時不和合性を生み出すことができるようになるかもしれない。これら技術は、ハクサイ・カブ等アブラナ科野菜のF1採種効率を上げることに貢献すると考えられる。以上より、今後のアブラナ科植物受粉時不和合性研究において極めて重要な進展を遂げることができた。

研究成果

• [国際共同研究] Sunchon National University(韓国)
• [雑誌論文] MLPK function is not required for self-incompatibility in the S29 haplotype of Brassica rapa L. (2023)
  • 著者名/発表者名: Ohata, M., Takada, Y., Sato, Y. et al.
  • 雑誌名: Plant Reproduction 巻: - 号: 3 ページ: 255-262
  • DOI: 10.1007/s00497-023-00463-w
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Spatiogenetic characterization of <i>S</i> receptor kinase (<i>SRK</i>) alleles in naturalized populations of <i>Raphanus sativus</i> L. var. <i>raphanistroides</i> on Yakushima island (2021)
  • 著者名/発表者名: Fukushima, K., Kanomata, T., Kon, A., Masuko-Suzuki, H., Ito, K., Ogata, S., Takada, Y., Komatsubara, Y., Nakamura, T., Watanabe, T., Koizumi, S., Sanuki, H., Park, J.-I., Niikura, S., Suwabe, K., Fujii, S., Murase, K., Takayama, S., Suzuki, G., and Watanabe, M.
  • 雑誌名: Genes & Genetic Systems 巻: 96 号: 3 ページ: 129-139
  • DOI: 10.1266/ggs.20-00066
  • NAID: 130008102461
  • ISSN: 1341-7568, 1880-5779
  • 年月日: 2021-06-01
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Genetic diversity of genes controlling unilareral incompatibility in Japanese cultivars of Chinese cabbage. (2021)
  • 著者名/発表者名: Takada, Y., Mihara, Y., He, Y., Xie, H., Ozaki, Y., Nishida, H., Hong, S., Lim, Y. P., Takayama, S., Suzuki, G., and Watanabe, M.
  • 雑誌名: Plants 巻: 10 号: 11 ページ: 2467-2467
  • DOI: 10.3390/plants10112467
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Characterization of self-incompatible Brassica napus lines lacking SP11 expression (2020)
  • 著者名/発表者名: Takumi Okamoto, Misaki Okamoto, Eri Hikichi, Moena Ogawa, Yoshinobu Takada, Go Suzuki, Seiji Takayama and Masao Watanabe
  • 雑誌名: Genes and Genetic Systems 巻: 95
  • NAID: 130007891310
  • 査読あり
• [学会発表] Brassica rapaの系統間一側性不和合性を支配するUI遺伝子座のゲノム構造比較解析 (2022)
  • 著者名/発表者名: 高田 美信, 清水 元樹, 鈴木 剛, 渡辺 正夫
  • 学会等名: 第17 回東北育種研究集会
• [学会発表] Brassica rapaにおける小国カブの近交系統間で起きる一側性不和合性を制御する雌雄因子の同定に向けた遺伝学的解析 (2022)
  • 著者名/発表者名: 金 あおい, 高田 美信, 清水 元樹, 高山 誠司, 鈴木 剛, 小林 恭士, 渡辺 正夫
  • 学会等名: 日本育種学会 第141回講演会
• [学会発表] B.rapa近交系統間交雑時に生じた新規受粉時一側性不和合性現象の解析 (2021)
  • 著者名/発表者名: 金 あおい, 高田 美信, 清水 元樹, 高山 誠司, 鈴木 剛, 小林 恭士, 渡辺 正夫
  • 学会等名: 日本育種学会 第140回講演会