環境変化によるオオムギ穂形質可塑性の分子機構の解明

• 研究課題/領域番号: 19K15816
• 研究種目: 若手研究
• 配分区分: 基金
• 審査区分: 小区分39010:遺伝育種科学関連
• 研究機関: 鳥取大学
• 研究代表者: 佐久間 俊 鳥取大学, 農学部, 助教 (40717352)
• 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: 4,160千円 (直接経費: 3,200千円、間接経費: 960千円); 2021年度: 1,040千円 (直接経費: 800千円、間接経費: 240千円); 2020年度: 1,040千円 (直接経費: 800千円、間接経費: 240千円); 2019年度: 2,080千円 (直接経費: 1,600千円、間接経費: 480千円)
• キーワード: 穂形態 / 環境変動 / 表現型可塑性 / 収量 / 環境適応 / オオムギ / 条性 / 環境変化

研究開始時の研究の概要

オオムギの穂は二条性と六条性に大別されるが、六条性品種の中には側列小花が不規則に退化する「不斉条」がある。不斉条を示す系統は作期の違いや年毎の環境の変動によって六条性或いは二条性に近い穂形態を示すことから，不斉条の側列小花の退化程度は可塑的である。表現型が視認できるため、環境応答性を解析する上で格好の素材と考えられるが、詳細な分子遺伝機構は明らかになっていない。本研究では不斉条遺伝子を単離し、環境に応答した穂形態の可塑性を制御する分子機構を明らかにする。本研究によりイネ科植物が示す穂の可塑性が環境適応性にどのように寄与したのかの解明につながることが期待できる。

研究成果の概要

オオムギの穂は二条性と六条性に大別されるが、六条性品種の中には側列小花が不規則に退化する「不斉条」がある。不斉条系統は作期の違いや年毎の環境変動によって六条性あるいは二条性に近い穂形態を示す。環境応答性を解析する上で格好の素材と考えられるが、詳細な分子遺伝機構は明らかになっていない。そこで、本研究では不斉条遺伝子を単離し、環境に応答した穂形態の可塑性を制御する分子機構を明らかにすることを目的とした。準同質遺伝子系統およびコアコレクションを用いて不斉条を制御する遺伝子をマッピングし、候補領域を絞り込んだ。各種栄養条件における水耕栽培により、形質発現に影響を及ぼす環境因子を同定した。

研究成果の学術的意義や社会的意義

地球規模の温暖化が顕在化しつつある今日、作物の安定生産の確保は喫緊の課題である。本研究により、オオムギの穂形質を制御する不斉条遺伝子の座乗する位置及び候補遺伝子が明らかになった。また、この遺伝子の発現を制御する環境因子候補も同定することができた。今後、不斉条遺伝子の原因分子を単離することで穂の形質可塑性に関する基礎的知見が得られる。こうした知見の集積により収量安定性の向上に資する育種技術の開発が期待できる。

研究成果

• [国際共同研究] IPK(ドイツ)
• [国際共同研究] SAAS(中国)
• [国際共同研究] IPK(ドイツ)
• [国際共同研究] IPK(ドイツ)
• [雑誌論文] 麦の花序構造を決める遺伝子 (2022)
  • 著者名/発表者名: 佐久間俊
  • 雑誌名: 植調 巻: 55 ページ: 13-15
• [雑誌論文] Dosage of duplicated and antifunctionalized homeobox proteins influences spikelet development in barley (2021)
  • 著者名/発表者名: V. Thirulogachandar, G. Govind, S. Kale, M. Kuhlmann, L. Eschen-Lippold, G. Hensel, T. Rutten, R. Koppolu, J. Rajaraman, P. Sudhakar Reddy, C. Seiler, S. Sakuma, M. Jayakodi, J. Lee, D. Scheel, J. Kumlehn, T. Komatsuda, T. Schnurbusch, N. Sreenivasulu
  • 雑誌名: bioRxiv 巻: -
  • DOI: 10.1101/2021.11.08.467769
  • オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Genome-wide identification of loci modifying spike-branching in tetraploid wheat (2021)
  • 著者名/発表者名: Wolde Gizaw M.、Schreiber Mona、Trautewig Corinna、Himmelbach Axel、Sakuma Shun、Mascher Martin、Schnurbusch Thorsten
  • 雑誌名: Theoretical and Applied Genetics 巻: 134 号: 7 ページ: 1925-1943
  • DOI: 10.1007/s00122-020-03743-5
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] コムギの穀粒数を制御する遺伝子 (2021)
  • 著者名/発表者名: 佐久間俊
  • 雑誌名: アグリバイオ 巻: 5 ページ: 64-66
  • NAID: 40022785747
• [雑誌論文] 分子育種に向けた進化の活用 (2020)
  • 著者名/発表者名: Sakuma Shun、Komatsuda Takao
  • 雑誌名: 育種学研究 巻: 22 号: 1 ページ: 83-86
  • DOI: 10.1270/jsbbr.22.W04
  • NAID: 130007869253
  • ISSN: 1344-7629, 1348-1290
  • 年月日: 2020-06-01
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] オオムギ穂の多様性を制御する遺伝的基盤 (2020)
  • 著者名/発表者名: 佐久間俊
  • 雑誌名: アグリバイオ 巻: 7 ページ: 88-90
  • NAID: 40022337847
• [雑誌論文] オオムギの穂のかたちを決める遺伝子 (2020)
  • 著者名/発表者名: 佐久間俊
  • 雑誌名: アグリバイオ 巻: 4 ページ: 45-47
  • NAID: 40022290298
• [雑誌論文] 麦の穂のかたちを決める遺伝子 (2020)
  • 著者名/発表者名: 佐久間俊
  • 雑誌名: 化学と生物 巻: 58 ページ: 264-268
  • 査読あり
• [雑誌論文] Of floral fortune: tinkering with the grain yield potential of cereal crops (2019)
  • 著者名/発表者名: Sakuma Shun、Schnurbusch Thorsten
  • 雑誌名: New Phytologist 巻: 225 号: 5 ページ: 1873-1882
  • DOI: 10.1111/nph.16189
  • NAID: 120006958019
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [学会発表] 近交系ライムギと通常系統の形態⽐較 (2021)
  • 著者名/発表者名: 森田美波・田中裕之・佐久間俊
  • 学会等名: 第16回ムギ類研究会
• [学会発表] オオムギ六条性遺伝子の発現制御因子の解明 (2021)
  • 著者名/発表者名: 中川里穂・小松田隆夫・佐久間俊
  • 学会等名: 第16回ムギ類研究会
• [学会発表] 自家受粉を繰り返したライムギの形態比較 (2021)
  • 著者名/発表者名: 森田美波・田中裕之・佐久間俊
  • 学会等名: 第13回中国地域育種談話会
• [学会発表] オオムギVrs1遺伝子の発現を制御する因子の同定 (2021)
  • 著者名/発表者名: 中川里穂・佐久間俊
  • 学会等名: 第13回中国地域育種談話会
• [学会発表] オリゴプローブを用いた染色体逆位の検出 (2021)
  • 著者名/発表者名: 渡部京吾・佐久間俊・菊池真司
  • 学会等名: 染色体学会第72回年会
• [学会発表] Driving force of genetic variation in barley inflorescence development (2021)
  • 著者名/発表者名: Shun Sakuma
  • 学会等名: 日本植物学会第85回大会
  • 招待講演
• [学会発表] ムギ類の多様性を生み出す穂形態形成メカニズムの解明 (2021)
  • 著者名/発表者名: 佐久間俊
  • 学会等名: 第1回超分野植物科学研究会
• [学会発表] ムギ類における穂の多様性に関する遺伝育種学研究 (2021)
  • 著者名/発表者名: 佐久間俊
  • 学会等名: 第139回日本育種学会講演会受賞講演
  • 招待講演
• [学会発表] 野生オオムギの六条化が農業形質に及ぼす影響 (2020)
  • 著者名/発表者名: 梅本宏輝・小松田隆夫・佐久間俊
  • 学会等名: 第15回ムギ類研究会
• [学会発表] 野生オオムギの六条化が分げつ数と種子休眠性に与える影響 (2020)
  • 著者名/発表者名: 梅本宏輝・小松田隆夫・佐久間俊
  • 学会等名: 第12回中国地域育種談話会
• [学会発表] なぜオオムギ属の花序の単位は三小穂なのか (2020)
  • 著者名/発表者名: 佐久間俊・Martin Mascher・Jey Rajaraman・山地直樹・馬建鋒・佐藤和広・小松田隆夫・Thorsten Schnurbusch
  • 学会等名: 日本植物学会第84回大会
• [学会発表] 麦類の穀粒数を制御するホメオボックス遺伝子の進化 (2020)
  • 著者名/発表者名: 佐久間俊
  • 学会等名: 第61回日本植物生理学会年会
  • 招待講演
• [学会発表] ホメオボックス遺伝子変異によるコムギ穀粒形質のトレードオフ (2020)
  • 著者名/発表者名: 六原菜穂・大西志全・神野裕信・山下陽子・田中裕之・佐久間俊
  • 学会等名: 第137回日本育種学会講演会
• [学会発表] Enhancing grain yield by improving floret fertility in wheat (2019)
  • 著者名/発表者名: Shun Sakuma
  • 学会等名: PAG Asia
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Improving floret fertility through the mutation of a homeobox gene during wheat evolution under domestication (2019)
  • 著者名/発表者名: Shun Sakuma
  • 学会等名: 1st International Wheat Congress
  • 国際学会
• [学会発表] コムギ穀粒数の増加が小麦粉品質に及ぼす影響 (2019)
  • 著者名/発表者名: 六原菜穂・大西志全・神野裕信・山下陽子・田中裕之・佐久間俊
  • 学会等名: 第14回ムギ類研究会
• [学会発表] コムギ穀粒数の増加が小麦粉品質に及ぼす影響 (2019)
  • 著者名/発表者名: 六原菜穂・大西志全・神野裕信・山下陽子・田中裕之・佐久間俊
  • 学会等名: 第11回中国地域育種談話会
• [備考] Sakuma Lab
  • URL: https://ssakuma4.wixsite.com/tottoritriticeae
• [備考]
  • URL: http://staff.muses.tottori-u.ac.jp/ssakuma/
• [備考]
  • URL: https://www.facebook.com/tottoritriticeae