イネ種子発芽を温度に応じて制御する転写調節モジュールの解析

• 研究課題/領域番号: 21K15120
• 研究種目: 若手研究
• 配分区分: 基金
• 審査区分: 小区分44030:植物分子および生理科学関連
• 研究機関: 福島大学
• 研究代表者: 吉田 英樹 福島大学, 食農学類附属発酵醸造研究所, 特任講師 (10814353)
• 研究期間 (年度): 2021-04-01 – 2024-03-31
• 研究課題ステータス: 完了 (2023年度)
• 配分額: 4,680千円 (直接経費: 3,600千円、間接経費: 1,080千円); 2023年度: 1,430千円 (直接経費: 1,100千円、間接経費: 330千円); 2022年度: 1,560千円 (直接経費: 1,200千円、間接経費: 360千円); 2021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: GWAS / 環境応答 / アブシジン酸 / 発芽 / ゲノム / 植物ホルモン / シグナル伝達 / 転写制御因子

研究開始時の研究の概要

発芽は、植物の一生において最も重要なイベントの1つである。様々な環境で初期生育を達成するために、植物は最適なタイミングで発芽する機構を進化させてきた。適切な発芽管理は農業的にも重要であり、特に種子を収穫する穀物植物においては直接収量に関わる。本研究では最近確立されたGWASシステムを用いて、世界的に栽培されている穀物植物であるイネにおいて温度依存的な発芽調節機構を明らかにすることを目的に研究を行う。

研究実績の概要

発芽は、植物の一生において最も重要なイベントの1つである。様々な環境で初期生育を達成するために、植物は最適なタイミングで発芽する機構を進化させてきた。適切な発芽管理は農業的にも重要であり、特に種子を収穫する穀物植物においては直接収量に関わる。本研究では最近確立されたGWASシステムを用いて、世界的に栽培されている穀物植物であるイネにおいて温度依存的な発芽調節機構を明らかにすることを目的に研究を行った。その結果、14-3-3ファミリーに属する遺伝子GF14hのORF上に存在する4塩基のInDelが温度依存的に発芽調節に関わっていることを見出した。さらにGF14hの作用機序について解析を行った結果ABAシグナル伝達を制御することが知られているbZIP型転写因子OREB1、そしてペプチドホルモンとして機能していることが知られているPEBPファミリーに属するMFT2がGF14hと複合体を形成して発芽の制御に関わることを明らかにした。
本研究成果は、これまで不明であった日本イネ集団における発芽特性の違いを説明する新規遺伝子を同定したことのみならず、新規ABAシグナル伝達制御を介した発芽調節メカニズムを同定することに成功した。その遺伝子は14-3-3ファミリーに属するタンパク質をコードしており、これまで様々な機能が知られていた14-3-3ファミリータンパク質の中でも新規の機能を有するタンパク質であった。さらに、本研究では環境条件を加味したGWAS（GxE GWAS）を用いて当該遺伝子を同定することに成功した研究成果であり、イネを対象としたGxE GWASシステムを確立することができたと言える。

研究成果

• [国際共同研究] Shenyang Agricultural University/Academia Sinica(中国)
• [雑誌論文] 酒米を特徴づけるゲノム変異 (2024)
  • 著者名/発表者名: 吉田晋弥, 吉田英樹, 松岡信
  • 雑誌名: アグリバイオ 巻: 8 ページ: 13-17
• [雑誌論文] Integrated genome-wide differentiation and association analyses identify causal genes underlying breeding-selected grain quality traits in japonica rice (2023)
  • 著者名/発表者名: Yoshida H, Wang F, Shiota S, Mori M, Kawamura M, Zhao X, Wang Y, Nishigaki N, Kobayashi A, Miura K, Yoshida S, Ikegami M, Ito A, Huang L, Caroline H, Yamagata Y, Morinaka Y, Yamasaki M, Kotake T, Yamamoto E, Sun J, Hirano K, Matsuoka M
  • 雑誌名: Molecular Plant 巻: 16 号: 9 ページ: 1460-1477
  • DOI: 10.1016/j.molp.2023.09.002
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] 温度に応じてイネの発芽を制御する遺伝子の単離と転写調節メカニズムの解析 (2023)
  • 著者名/発表者名: 吉田英樹
  • 雑誌名: アグリバイオ 巻: 7 ページ: 44-46
• [雑誌論文] Effective use of legacy data in a genome-wide association studies improves the credibility of quantitative trait loci detection in rice (2023)
  • 著者名/発表者名: Suganami Mao、Kojima Soichi、Wang Fanmiao、Yoshida Hideki、Miura Kotaro、Morinaka Yoichi、Watanabe Masao、Matsuda Tsukasa、Yamamoto Eiji、Matsuoka Makoto
  • 雑誌名: Plant Physiology 巻: 191 号: 3 ページ: 1561-1573
  • DOI: 10.1093/plphys/kiad018
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Genome-wide association study identifies a gene responsible for temperature-dependent rice germination (2022)
  • 著者名/発表者名: Yoshida Hideki、Hirano Ko、Yano Kenji、Wang Fanmiao、Mori Masaki、Kawamura Mayuko、Koketsu Eriko、Hattori Masako、Ordonio Reynante Lacsamana、Huang Peng、Yamamoto Eiji、Matsuoka Makoto
  • 雑誌名: Nature Communications 巻: 13 号: 1
  • DOI: 10.1038/s41467-022-33318-5
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Two bHLH transcription factors affect sprouting by regulating the level of ABA (2022)
  • 著者名/発表者名: Yoshida Hideki、Matsuoka Makoto
  • 雑誌名: Nature Genetics 巻: 54 号: 12 ページ: 1772-1773
  • DOI: 10.1038/s41588-022-01238-1
  • 査読あり
• [雑誌論文] Making the “Green Revolution” Truly Green: improving crop nitrogen use efficiency (2021)
  • 著者名/発表者名: Wang Fanmiao、Yoshida Hideki、Matsuoka Makoto
  • 雑誌名: Plant and Cell Physiology 巻: - 号: 6 ページ: 942-947
  • DOI: 10.1093/pcp/pcab051
  • オープンアクセス
• [学会発表] Genome-wide association study identifies a gene responsible for temperature-dependent rice germination (2023)
  • 著者名/発表者名: Hideki Yoshida
  • 学会等名: the 15th International Symposium on Pre-Harvest Sprouting in Cereals
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] イネ種子発芽を温度に応じて制御する転写調節モジュールの解析 (2022)
  • 著者名/発表者名: 吉田 英樹, 平野 恒, 矢野 憲司, Fanmiao Wang, 森 政樹, 川村 真結子, 纐纈 永里子, 服部 将子
  • 学会等名: 第63回日本植物生理学会年会
• [学会発表] イネ種子発芽を温度に応じて制御する転写調節モジュールの解析 (2021)
  • 著者名/発表者名: 吉田 英樹, 平野 恒, 矢野 憲司, Fanmiao Wang, 森 政樹, 川村 真結子, 纐纈 永里子, 服部 将子
  • 学会等名: 第44回日本分子生物学会年会
• [備考] 酒米の特徴である大粒・心白を生み出す遺伝子の特定（吉田英樹 発酵研特任助教）
  • URL: https://www.agri.fukushima-u.ac.jp/topics/011885.html