| 研究課題/領域番号 |
22K19180
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| 研究種目 |
挑戦的研究(萌芽)
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| 配分区分 | 基金 |
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| 審査区分 |
中区分39:生産環境農学およびその関連分野
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| 研究機関 | 京都大学 |
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研究代表者 |
中野 龍平 京都大学, 農学研究科, 准教授 (70294444)
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| 研究分担者 |
長坂 京香 京都大学, 農学研究科, 助教 (00931388)
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| 研究期間 (年度) |
2022-06-30 – 2025-03-31
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| 研究課題ステータス |
交付 (2022年度)
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| 配分額 *注記 |
6,370千円 (直接経費: 4,900千円、間接経費: 1,470千円)
2024年度: 2,080千円 (直接経費: 1,600千円、間接経費: 480千円)
2023年度: 2,080千円 (直接経費: 1,600千円、間接経費: 480千円)
2022年度: 2,210千円 (直接経費: 1,700千円、間接経費: 510千円)
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| キーワード | ブドウ / ベレゾン / 熟期 / 枝変わり / ゲノム / 成熟制御 / ゲノム解析 |
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| 研究開始時の研究の概要 |
ブドウにおいて発見した成熟開始が３週間早い枝変わりを用い，植物センシングと次世代シークエンス技術を融合した，成熟開始機構の解明を試みる．従来の果実成熟研究は，果実自体の生理的変化にのみ注目されてきたが，樹体内の果実以外の器官による成熟の遠隔制御の可能性がある．ゲノム配列がほぼ同じで同一樹に存在する果実熟期の異なる枝という魅力的な材料を用い，非破壊的センシングによる樹体各器官の生理的変化のモニタリング，ゲノムレベルでの変異探索，候補遺伝子の果実に限らない機能解析により，樹体内の他器官による果実成熟の遠隔制御の可能性を検証する．
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| 研究実績の概要 |
本研究では、ブドウの熟期に関連するベレゾン期の開始を制御する機構の解明に向けて、研究グループらが新規に発見した四倍体ブドウ‘ピオーネ’の熟期の異なる変異した枝（枝変わり）とその同一親株上の変異前（熟期が通常）の枝を利用して、以下の研究を進めた。
（次世代シークエンス解析）隣り合う変異前の枝と、枝変わりの枝より抽出したゲノムDNAを利用し、次世代シークエンスによるDNA-seqを実施した。得られたショートリードを二倍体ブドウ由来の参照配列を用いて解析し、ジェノタイプの変化をSNPsとindelに分けて評価した。二倍体ブドウ由来の参照配列を用いているために、偽陽性と思われるSNPsとindelがゲノム全体にバックグラウンドとして検出されているが、特に多くのSNPsとindelが検出される領域がゲノム中に４箇所検出された。その内、第２染色体上に検出された変化の多い領域は、ジェノタイプの変化様式に一定のパターンがみられ、また、これまでに熟期に関わるQTLが発見されている領域とオーバーラップしておりこの領域に存在する遺伝子やその変異がベレゾン開始の制御に関与していることが示唆された。
（非破壊的植物センシングによるモニタリング）非破壊的植物センシングによるモニタリング技術として、赤外線サーモグラフィーを利用した蒸散の可視化や水分検出により信号が発せられるセンサーを設置した水の移動頻度のモニタ、蛍光カメラによる光合成活性能・ストレス状態の検出、音響による果粒硬度の非破壊測定などに関して検討および準備を進めた。
（挿し木繁殖）今後の研究に必要な試験個体の準備、および、発見された熟期の変異が挿し木、つまり、栄養繁殖により維持されるかを判定するために、枝変わりの枝と同一親株上の変異前の枝より、挿し木繁殖により鉢植え個体を育成した。
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| 現在までの達成度 (区分) |
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
枝変わりおよび形質に変異がみられない隣の枝からサンプリングした葉から抽出したDNAを利用したゲノムレベルでの比較において、バックグランドは多いものの、変異が発生したと思われる候補領域の特定されており、特に、第２染色体上の候補領域は、これまでにQTLが報告されている領域と重なっており、この領域内の変異が熟期の制御に関わっている可能性が示された。本研究の対象品種である‘ピオーネ’を含む日本の多くの品種は四倍体であるが、現存の２倍体品種由来の参照配列を利用した解析では、偽陽性の変異を検出しやすいことも確認された。次年度以降に、‘ピオーネ’のゲノム配列のロングリード解読とde novo assemblyによる‘ピオーネ’由来の参照配列の作成によりこの問題は解決されると考えられる。これに加えて、RNA-seq解析により、ベレゾン開始時期の果粒および葉など他器官での遺伝子の発現パターンを解析することにより、候補領域内の関連遺伝子の絞り込みが期待できる。また、本申請の採択の決定は7月であったために、対象となるハウス栽培‘ピオーネ’樹はすでにベレゾン開始後であったために実際に、非破壊的モニタリングを実施することはできなかったが、赤外線サーモグラフィーを利用した蒸散の可視化や水分検出により信号が発せられるセンサーを設置した水の移動頻度のモニタ、蛍光カメラによる光合成活性能・ストレス状態の検出、音響による果粒硬度の非破壊測定などに関して検討と準備を進め、次年度に実施する一定の目処がたっている。今後の研究展開に必要な挿し木により変異個体および元の親株個体の育成も順調である。以上のように、本研究はおおむね順調に進んでいる。
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| 今後の研究の推進方策 |
本研究では、ブドウの熟期に関連するベレゾン期の開始を制御する機構の解明に向けて、研究グループらが新規に発見した四倍体ブドウ‘ピオーネ’の熟期の異なる変異した枝（枝変わり）とその同一親株上の変異前（熟期が通常）の枝を利用し、次世代シークエンス解析と非破壊的植物センシングを中心とした研究を展開しており、今後、以下のように研究を推進する。
（次世代シークエンス解析）より正確に枝変わりと変異前の枝の間のゲノム比較を実施するために、四倍体ブドウ由来の参照配列の構築を試みる。つまり、‘ピオーネ’のゲノム配列についてnanoporeによるロングリードの解読と de novo assemblyによりドラフトゲノムを作成し、これを参照配列として利用した、ゲノム比較を実施する。さらに、ベレゾン前後の枝変わりの枝および変異前の枝から果粒や葉などの器官をサンプリングし、発現パターンを比較することで、初年度に発見された第２染色体上の候補領域上などに存在する遺伝子群からベレゾン開始の制御に関わる遺伝子の探索を試みる。
（非破壊的植物センシング）枝変わりの枝および変異前の形質を示す隣の枝について、ベレゾン前後の蒸散や光合成に関わる葉温の変化をサーモグラフィーにてモニタリングする。さらに、音響法を利用して樹上やサンプリングした果粒の軟化を非破壊で追跡する。また、枝単位での水の移動頻度や、蛍光カメラによる光合成活性能・ストレス状態の検出などの変化のセンシングを試みる。
以上より、枝変わりにおける熟期（ベレゾン開始時期）の促進を決定する遺伝子およびその作用器官の（果粒とは限定せずに）枝全体での評価により、果実成熟の果実以外の器官による遠隔制御の検証を試みる。なお、原因遺伝子およびその作用器官が明らかになった場合には、挿し木により育成している鉢植え個体を利用した一過的な遺伝子発現操作により、その証明試験を試みる。
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