ゲノム編集を利用したリン酸飢餓耐性を持つイネの作出と遺伝子機能の解析

• 研究課題/領域番号: 20K05973
• 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: 東京農業大学
• 研究代表者: 松本 隆 東京農業大学, 生命科学部, 教授 (60370681)
• 研究期間 (年度): 2020-04-01 – 2023-03-31
• 研究課題ステータス: 完了 (2022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); 2022年度: 1,170千円 (直接経費: 900千円、間接経費: 270千円); 2021年度: 1,430千円 (直接経費: 1,100千円、間接経費: 330千円); 2020年度: 1,820千円 (直接経費: 1,400千円、間接経費: 420千円)
• キーワード: イネ / リン酸代謝 / ゲノム編集 / リン酸吸収 / リン酸飢餓耐性 / SPX1 / NLA1

研究開始時の研究の概要

リンは植物の必須元素であり、欠乏すると生育阻害や組織の死を引き起こす。世界のリン資源の量は限られており、我が国のみならず世界中において今後リン資源の有効活用がますます重要になる。植物の細胞内リン酸濃度は様々なタンパク質が関与する制御機構によって恒常性が維持されているが詳細は不明である。
本研究では、ゲノム編集技術によってイネのリン酸ホメオスタシス制御タンパク質OsSPX1およびOsNLA1に変異を導入した突然変異体の作出と各ドメインの機能の解明を行う。
本研究によって得られた変異体は、低リン酸条件下でも生育する作物の育種に活用され、将来的には我が国が食料を確保していくための研究素材となる。

研究成果の概要

抵リン酸投入農業を実現するために、リン酸飢餓への植物の応答メカニズムを解明し、このような条件下でも生育可能な品種を作出する目的で、ゲノム編集技術を利用してイネのリン酸恒常性制御因子（OsSPX1,OsSPX3,OsNLA1）の機能変異体を作出した。変異体では、通常のリン酸条件では全体のリン酸が顕著に低減したが、低リン酸条件での栽培に対してリン酸量は変化せず、生育も悪化しないという結果が得られた。

研究成果の学術的意義や社会的意義

SPXドメイン（植物のリン酸恒常性を保持する蛋白質等に共通に存在）を有するタンパクの機能解析は組換え体やトランスポゾン転移による突然変異体が主であり、ゲノム編集を用いるアプローチは、これまで行なわれていなかった。今回作出した遺伝子の機能変異体は点突然変異等の限定領域変異であり、遺伝子のみの変異効果が機能に与える影響を調査することができた。
また得られた機能変異体は低リン酸栽培条件下でも生育し、組織内リン酸の量も野生型と変わらなかった。これらがゲノム編集体であることを考慮すると、将来低リン酸育種のための遺伝資源として利用されうる。