イネ半矮性遺伝子sd1の単離及びその分子育種学的利用

2002 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 14760003
• 研究機関: 名古屋大学
• 研究代表者: 芦苅 基行 名古屋大学, 生物分子応答研究センター, 助手 (80324383)
• キーワード: イネ / ジベレリン / 育種

研究概要

1960年代、フィリピンの国際イネ研究所(IRRI)は半矮性品種「IR8」を育成した。ミラクルライスと呼ばれた「IR8」は、単位面積当りの収量を画期的に向上させ、またその普及によってアジアでの食糧危機を救い「緑の革命」をもたらした。このミラクルライスに最も寄与した遺伝子が半矮性遺伝子sd1である。本研究ではsd1遺伝子を単離しその生理学的、分子遺伝学的、生化学的な解析を行った。はじめにsd1変異体と植物ホルモンの1つジベレリン(GA)の関係を明らかにするため、GAに対する伸長反応性と内生GA含量を調べた。その結果、sd1変異体は外生GA_3の投与で野生型の草丈に復帰したこと、sd1変異体は野生型に比べ内生GA_<53>量は等しいがGA_<20>量が低下していたことからsd1変異体はGA_<53>からGA_<20>への反応を触媒する20酸化酵素遺伝子に変異があると推測した。これまで、イネの20酸化酵素遺伝子は1例報告されていたが(GA20ox1)、その遺伝子の染色体座乗位置はsd1座と異なることが確認された。そこで、新規な20酸化酵素遺伝子(GA20ox2)を単離し、その座乗位置を決定したところ第1染色体上のsd1座乗位置に近接することが明らかとなった。これまでsd1変異体であることが確認されていた5種類の系統についてGA20ox2遺伝子の塩基配列を決定したところ、すべてのアリルについて本遺伝子内に塩基の欠失あるいは1塩基置換による1アミノ酸置換が存在する事が確認された。また、sd1変異体に野生型由来のGA20ox2遺伝子を導入した形質転換体は草丈が野生型に回復した。さらに、大腸菌で発現させたGA20ox2タンパク質は、GA_<53>からGA_<20>への反応を触媒した。これらの結果から、SD1遺伝子はGA20酸化酵素をコードしていると結論した。また、イネ20酸化酵素遺伝子発現の器官特異性を調べたところ、GA20ox1遺伝子は開花前の花に、GA20ox2遺伝子は葉、茎、開花前の花で発現していた。さらに、GA20ox2遺伝子はGA20ox1遺伝子同様GA_3によって発現抑制を受けることが明らかとなった。

研究成果

• [文献書誌] Itoh, H., M.Ueguxhi-Tanaka, Y.Sato, M.Ashikari, M.Matsuoka.: "The gibberellin signaling pathway is regulated by appearance and disappearance of SLENDER RICE 1 in nuclei"Plant Cell. 14. 57-70 (2002)
• [文献書誌] Kaneko, M., H.Itoh, M.Ueguchi-Tanaka, M.Ashikari, M.Matsuoka.: "The α-Amylase Induction in Endosperm during Rice Seed Germination Is Caused by Gibberellin Synthesized in Epithelium"Plant Physiology. 128. 1264-1270 (2002)
• [文献書誌] Sasaki, A., M.Ashikari, M.Ueguchi-Tanaka, H.Itoh, A.Nishimura, S.Datta, K.Ishiyama, T.Saito, M.Kobayashi, G.S.Khush, H.Kitano, M.Matsuoka.: "Rice gibberellin synthesis gene"Nature. 416. 701-702 (2002)
• [文献書誌] Itoh, H., M.Ueguchi-Tanaka, T.Sakamoto, T.Kayano., H.Tanaka, M.Ashikari, M.Matsuoka.: "Modification of rice plant height by suppressing the height-controlling gene, D18, in rice"Breeding Science. 52. 215-218 (2002)
• [文献書誌] Ashikari, M., A.Sasaki, M.Ueguchi-Tanaka, H.Itoh, A.Nishimura, S.Datta, K.Ishiyama, T.Saito, M.Kobayashi, G.S.Khush, H.Kitano, M.Matsuoka.: "Mutation in a gibberellin biosynthetic gene, GA20 oxidase, contributed to the rice "Green Revolution""Breeding Science. 52. 143-150 (2002)