サクラ属果樹の種間雑種不稔性に関する分子遺伝学的研究

• 研究課題/領域番号: 22K14888
• 研究種目: 若手研究
• 配分区分: 基金
• 審査区分: 小区分39030:園芸科学関連
• 研究機関: 摂南大学
• 研究代表者: 北村 祐人 摂南大学, 農学部, 講師 (10631640)
• 研究期間 (年度): 2022-04-01 – 2026-03-31
• 研究課題ステータス: 交付 (2023年度)
• 配分額: 4,550千円 (直接経費: 3,500千円、間接経費: 1,050千円); 2025年度: 910千円 (直接経費: 700千円、間接経費: 210千円); 2024年度: 390千円 (直接経費: 300千円、間接経費: 90千円); 2023年度: 1,170千円 (直接経費: 900千円、間接経費: 270千円); 2022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: アンズウメ / 雑種不稔性 / トランスクリプトーム / サクラ属果樹 / 雑種雄性不稔性 / 生殖隔離 / 種分化 / 種間交雑育種

研究開始時の研究の概要

本研究では，サクラ属果樹において成立した種間交雑体で顕在化し，育種利用や遺伝解析の妨げとなる雑種不稔性の要因解明を目指す．
ウメ，スモモ，モモなどが属するサクラ属果樹は種間交雑によって雄性不稔となるケースがほとんどであるが，花粉稔性を有するごく一部の種間交雑品種を用いることで，ゲノム配列および発現遺伝子の比較により，異種ゲノム融合時の稔性喪失もしくは維持に関与する遺伝因子を特定することを目的とする．

研究実績の概要

サクラ属果樹において、これまでに成立しているアンズウメやスモモウメといった種間雑種の多くは、雄性不稔性を有しているため果実生産や育種利用の障壁となっている。本研究では、花粉稔性形質の異なる2種類のアンズウメ品種を用いて、この雑種不稔性の遺伝要因解明を目指している。
アンズウメ「豊後」（不稔性）および「節田」（稔性）の葯の形態を観察したところ、「豊後」の葯は一般的な開葯条件下でも十分に裂開せず、花粉の飛散は見られなかった。「節田」の葯からは十分量の花粉を採取でき、発芽培地上で花粉管発芽も観察されたが、その発芽率はウメ「南高」およびアンズ「平和」に比べるとやや低い傾向にあった。
また、雑種不稔性に関わる細胞内部環境を比較するため、両品種における花芽発達段階ごとの葯を用いて、抽出したtotal RNAからIlluminaライブラリを構築し、網羅的遺伝子発現解析を行った。主成分分析の結果からは、遺伝子発現パターンは特定の発達段階を境に不稔性品種と稔性品種で大きく異なっていることが明らかとなった。現在、発現変動遺伝子の中から花粉稔性に関与することが想定される遺伝子群のフィルタリングを行っている。これに加えて、申請者がすでに獲得している、花粉は産生するが花粉管発芽能力のないスモモウメ「露茜」のトランスクリプトームデータと合わせて、「花粉産生」および「花粉管伸長（受精）」に寄与する遺伝子を特定することを計画している。
さらに、ウメ、アンズ、アンズウメ品種を用いた交雑により、多様な遺伝的背景を持つ交雑実生集団の拡充を図っている。現在約80個体の実生を育成中であり、それらの花粉稔性を確認するとともに、全ゲノムシーケンス解析により稔性関連遺伝領域の特定を進める予定である。

現在までの達成度 (区分)

2: おおむね順調に進展している

理由

花粉稔性の異なるアンズウメ2品種を用いて、RNA-Seqにより葯における発達段階ごとの発現変動遺伝子を特定することに成功した。また、これまでに獲得した相当数の交雑実生の一部は開花樹齢を迎え、稔性調査が可能となることが予想されるため、本研究は概ね順調に進行しているものと判断している。

今後の研究の推進方策

今後は発現変動遺伝子の詳細な解析により、雑種不稔性に関与する候補遺伝子を探索するとともに、より精密な葯の形態観察を行うことで、稔性獲得期における生理的変化と遺伝子発現との関連性を調査する予定である。加えて、花粉発達期の葯においてゲノムワイドメチローム解析を行うことで、DNAメチル化レベルと稔性との関連性を明らかにする予定である。