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花粉数を制御する遺伝子ネットワークの解明と作物への応用

研究課題

研究課題/領域番号 19K05976
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
研究機関新潟大学

研究代表者

角井 宏行  新潟大学, 自然科学系, 特任助教 (60783199)

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
4,420千円 (直接経費: 3,400千円、間接経費: 1,020千円)
2021年度: 1,300千円 (直接経費: 1,000千円、間接経費: 300千円)
2020年度: 1,560千円 (直接経費: 1,200千円、間接経費: 360千円)
2019年度: 1,560千円 (直接経費: 1,200千円、間接経費: 360千円)
キーワード花粉 / 花粉数 / ゲノム編集 / ゲノムワイド関連解析 / シロイヌナズナ / スギ / 花粉症 / ジェノタイピング / PRIMA / スギ花粉 / モデリング / CRISPR/Cas9 / コムギ / トランスクリプトーム / CRSPR/Cas9 / 遺伝子ネットワーク / 遺伝子マーカー
研究開始時の研究の概要

近年、申請者らの研究により世界で初めて花粉数を制御する遺伝子 RDP1 (REDUCED POLLEN NUMBER 1) をシロイヌナズナから同定した。その後のトランスクリプトーム解析により、RDP1 変異体で発現変動する遺伝子群を得た。本研究ではこれらの遺伝子が実際に花粉数に関わるか・またどのように機能するかを解析する ことにより新規に花粉数を制御する遺伝子を同定し、花粉数を制御する遺伝子ネットワークを明らかにしていく。さらにRDP1 や新規花粉制御遺伝子が実際の作物においても花粉数を制御しうるかどうかを明らかにする目的で、作物を用いて遺伝子解析を行い、遺伝子マーカーを作製する。

研究成果の概要

本研究では花粉数を制御する遺伝子を解析し、その知見を作物へ応用することを目的とした。まず、花粉数を効率的に計測する手法を確立した。ゲノムワイド関連解析やゲノム編集などを行い、花粉数を制御する遺伝子RDP1を同定した。トランスクリプトーム解析を行い、RDP1変異体で発現変動する遺伝子を明らかにした。数多くのゲノム編集個体を作製する過程で効率的にゲノム編集個体を選抜できる手法PRIMAを開発した。さらに無花粉スギMS4遺伝子座を解析し、TKPR1遺伝子の1塩基置換が無花粉スギの原因であることを明らかにした。

研究成果の学術的意義や社会的意義

花粉数は植物にとって次世代の子孫数に直結するため植物学上基本的かつ重要な形質である。一方で花粉症は世界中で問題になっており、花粉形成の遺伝子を解析することは社会的な意義も大きい。本研究によってモデル植物シロイヌナズナから植物で初めて花粉数を制御する遺伝子の同定に成功し、さらに自殖植物では花粉数が少ない方が正の選択を受けていることを示唆する結果が得られた。さらに日本で最も重大な花粉症の原因であるスギ花粉の無花粉スギの原因遺伝子の同定にも成功した。これらの結果は今後の花粉数研究の基盤となるとともに、無花粉スギのさらなる普及にも貢献するものと考えられた。

報告書

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

    (32件)

すべて 2022 2021 2020 2019 その他

すべて 国際共同研究 (5件) 雑誌論文 (9件) (うち国際共著 6件、 査読あり 5件、 オープンアクセス 7件) 学会発表 (9件) (うち招待講演 1件) 図書 (1件) 備考 (7件) 産業財産権 (1件) (うち外国 1件)

  • [国際共同研究] チューリヒ大学(スイス)

    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
  • [国際共同研究] チューリヒ大学(スイス)

    • 関連する報告書
      2020 実施状況報告書
  • [国際共同研究] チューリヒ大学/チューリヒ工科大学(スイス)

    • 関連する報告書
      2019 実施状況報告書
  • [国際共同研究] グレゴールメンデル研究所(オーストリア)

    • 関連する報告書
      2019 実施状況報告書
  • [国際共同研究] ポツダム大学(ドイツ)

    • 関連する報告書
      2019 実施状況報告書
  • [雑誌論文] ハイスループットな花粉数計測法の開発と、 スギ1 雄花あたりの花粉数に影響する要因についての研究2022

    • 著者名/発表者名
      角井 宏行、釣崎 恵里子、柴田 嶺、佐々 英徳、森口 喜成
    • 雑誌名

      森林遺伝育種

      巻: 11 号: 2 ページ: 97-103

    • DOI

      10.32135/fgtb.11.2_97

    • ISSN
      2187-3453, 2187-350X
    • 年月日
      2022-04-25
    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
    • オープンアクセス
  • [雑誌論文] Pollen Number and Ribosome Gene Expression Altered in a Genome-Editing Mutant of REDUCED POLLEN NUMBER1 Gene2022

    • 著者名/発表者名
      Kakui Hiroyuki、Tsuchimatsu Takashi、Yamazaki Misako、Hatakeyama Masaomi、Shimizu Kentaro K.
    • 雑誌名

      Frontiers in Plant Science

      巻: 12 ページ: 1-13

    • DOI

      10.3389/fpls.2021.768584

    • 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] 電気泳動でDNAの1塩基差を迅速・簡便に識別する遺伝子型判別法:PRIMA2022

    • 著者名/発表者名
      角井宏行、山﨑美紗子、清水健太郎
    • 巻
      4
    • ページ
      601
    • DOI

      10.18958/6991-00005-0000081-00

    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
    • 国際共著
  • [雑誌論文] Factors Affecting the Number of Pollen Grains per Male Strobilus in Japanese Cedar (Cryptomeria japonica)2021

    • 著者名/発表者名
      Kakui Hiroyuki、Tsurisaki Eriko、Shibata Rei、Moriguchi Yoshinari
    • 雑誌名

      Plants

      巻: 10 号: 5 ページ: 856-856

    • DOI

      10.3390/plants10050856

    • 関連する報告書
      2021 実績報告書 2020 実施状況報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] PRIMA: a rapid and cost-effective genotyping method to detect single-nucleotide differences using probe-induced heteroduplexes2021

    • 著者名/発表者名
      Kakui Hiroyuki、Yamazaki Misako、Shimizu Kentaro K.
    • 雑誌名

      Scientific Reports

      巻: 11 号: 1 ページ: 1-10

    • DOI

      10.1038/s41598-021-99641-x

    • 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] 花粉数を制御する遺伝子の発見2021

    • 著者名/発表者名
      角井宏行、土松隆志、山﨑美紗子、清水健太郎
    • 雑誌名

      バイオとインダストリー

      巻: 79 ページ: 21-33

    • 関連する報告書
      2021 実績報告書 2020 実施状況報告書
    • 国際共著
  • [雑誌論文] An improved pollen number counting method using a cell counter and mesh columns2020

    • 著者名/発表者名
      Kakui Hiroyuki、Tsurisaki Eriko、Sassa Hidenori、Moriguchi Yoshinari
    • 雑誌名

      Plant Methods

      巻: 16 号: 1 ページ: 124-124

    • DOI

      10.1186/s13007-020-00668-4

    • 関連する報告書
      2020 実施状況報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] シロイヌナズナの花粉数を制御する遺伝子 -少ない花粉と生育メ リットを両立するカギ-2020

    • 著者名/発表者名
      角井宏行、土松隆志、山﨑美紗子、清水健太郎
    • 雑誌名

      Academist Journal

      巻: 1 ページ: 14530-14530

    • 関連する報告書
      2020 実施状況報告書
    • オープンアクセス / 国際共著
  • [雑誌論文] Adaptive reduction of male gamete number in the selfing plant Arabidopsis thaliana2020

    • 著者名/発表者名
      Takashi Tsuchimatsu, Hiroyuki Kakui, Misako Yamazaki, Cindy Marona, Hiroki Tsutsui, Afif Hedhly, Dazhe Meng, Yutaka Sato, Thomas Studler, Ueli Grossniklaus, Masahiro M. Kanaoka, Michael Lenhard, Magnus Nordborg and Kentaro K. Shimizu
    • 雑誌名

      Nature Communications

      巻: 11 号: 1 ページ: 2885-2885

    • DOI

      10.1038/s41467-020-16679-7

    • 関連する報告書
      2019 実施状況報告書
    • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
  • [学会発表] 無花粉スギMS4の原因はCjTKPR1の1塩基置換変異である2022

    • 著者名/発表者名
      角井 宏行, 伊原 徳子, 長谷川 陽一, 釣崎 恵里子, 二村 典宏, 岩井 淳治, 樋口 有未, 藤野 健, 鈴木 穣, 笠原 雅弘, 山口 勝司, 重 信 秀治, 大谷 真広, 中野 優, 上野 真義, 森口 喜成
    • 学会等名
      日本育種学会第141回講演会
    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
  • [学会発表] 機能証明実験による無花粉スギMS4原因遺伝子の同定2022

    • 著者名/発表者名
      角井 宏行, 伊原 徳子, 長谷川 陽一, 釣崎 恵里子, 二村 典宏, 岩井 淳治, 樋口 有未, 藤野 健, 鈴木 穣, 笠原 雅弘, 山口 勝司, 重 信 秀治, 大谷 真広, 中野 優, 上野 真義, 森口 喜成
    • 学会等名
      第133回日本森林学会大会(招待講演)
    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] 効率的な花粉数計測法の開発とスギ雄花一粒あたりの花粉数に影響する要因2021

    • 著者名/発表者名
      角井宏行, 釣崎恵里子, 柴田嶺, 佐々英徳, 森口喜成
    • 学会等名
      第132回日本森林学会
    • 関連する報告書
      2021 実績報告書 2020 実施状況報告書
  • [学会発表] “花粉数”から読みとく、植物種・研究分野を超えた現象の理解2021

    • 著者名/発表者名
      角井宏行
    • 学会等名
      第一回超分野植物科学研究会
    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
  • [学会発表] 様々な植物に適用できる効率的な花粉数計測法の開発と スギ1雄花あたりの花粉数に与える要因について2021

    • 著者名/発表者名
      角井宏行, 釣崎恵里子, 柴田嶺, 佐々英徳, 森口喜成
    • 学会等名
      日本植物学会第85回大会
    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
  • [学会発表] DNAの1塩基差を迅速・簡便に判別できるPRIMA (Probe-induced heteroduplex mobility assay) 法の開発2021

    • 著者名/発表者名
      角井宏行, 山﨑美紗子, 清水健太郎
    • 学会等名
      日本育種学会 第140回講演会
    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
  • [学会発表] 電気泳動でDNAの1塩基差を迅速・簡便・安価に判別できるPRIMA法の開発2021

    • 著者名/発表者名
      角井宏行, 山﨑美紗子, 清水健太郎
    • 学会等名
      北陸植物学会 2021年度大会
    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
  • [学会発表] PRIMA: a simple and rapid genotyping method to detect single-nucleotide differences by probe-induced heteroduplex mobility assay2021

    • 著者名/発表者名
      Hiroyuki Kakui, Misako Yamazaki, Kentaro K Shimizu
    • 学会等名
      第44回日本分子生物学会(国際学会)
    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
  • [学会発表] 自作カラムとセルカウンターを用いた迅速で効率的な花粉数計測法の開発2020

    • 著者名/発表者名
      角井宏行, 釣崎恵里子, 柴田嶺, 森口喜成
    • 学会等名
      日本育種学会 第138回講演会
    • 関連する報告書
      2020 実施状況報告書
  • [図書] Pollen Grain Counting Using a Cell Counter: in Pollen and Pollen Tube Biology: Methods and Protocols2020

    • 著者名/発表者名
      Hiroyuki Kakui, Misako Yamazaki, Naoto-Benjamin Hamaya, and Kentaro K. Shimizu
    • 出版者
      Humana Press
    • ISBN
      9781071606728
    • 関連する報告書
      2019 実施状況報告書
  • [備考] researchmap

    • URL

      https://researchmap.jp/kakuihiroyuki

    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
  • [備考] Researchmap

    • URL

      https://researchmap.jp/kakuihiroyuki

    • 関連する報告書
      2020 実施状況報告書
  • [備考] Google Scholar

    • URL

      https://scholar.google.co.jp/citations?user=G0KKHcoAAAAJ&hl=ja

    • 関連する報告書
      2020 実施状況報告書
  • [備考] ORCID

    • URL

      https://orcid.org/0000-0001-6016-9690

    • 関連する報告書
      2020 実施状況報告書
  • [備考] 新潟大学研究者総覧

    • URL

      https://researchers.adm.niigata-u.ac.jp/html/200001760_ja.html

    • 関連する報告書
      2020 実施状況報告書
  • [備考] 花粉数を減少させる遺伝子を発見

    • URL

      https://www.yokohama-cu.ac.jp/news/2020/202006shimizu_NC.html

    • 関連する報告書
      2019 実施状況報告書
  • [備考] Newly Identified Gene Reduces Pollen Number

    • URL

      https://www.media.uzh.ch/en/Press-Releases/2020/Pollen-Number.html

    • 関連する報告書
      2019 実施状況報告書
  • [産業財産権] PRIMAによるDNA1塩基差の検出法の開発2019

    • 発明者名
      角井宏行,清水健太郎、山崎美紗子
    • 権利者名
      角井宏行,清水健太郎、山崎美紗子
    • 産業財産権種類
      特許
    • 出願年月日
      2019
    • 関連する報告書
      2019 実施状況報告書
    • 外国

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公開日: 2019-04-18   更新日: 2023-01-30  

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