麦類の小花発達を制御する分子機構解明

2018 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 16K18635
• 研究機関: 鳥取大学
• 研究代表者: 佐久間 俊 鳥取大学, 農学部, 助教 (40717352)
• 研究期間 (年度): 2016-04-01 – 2019-03-31
• キーワード: コムギ / オオムギ / 小花 / 穀粒数 / 収量

研究実績の概要

本研究では麦類の小花発達機構を解明することで収量性の向上に寄与するDNAマーカーの開発を目指す. 二倍体のオオムギでは人為突然変異誘発による変異体が多数蓄積されている。特に穀粒数の増加に直結する六条性突然変異体はvrs1からvrs5まで5遺伝子座が報告されており、すべての遺伝子が単離された. 一方で近縁のコムギは穀粒数を制御する分子遺伝機構はほとんど明らかになっていなかった。
平成３０年度はコムギの小穂あたり粒数を制御するQTL（Grain Number Increase 1; GNI1）を同定し、その原因遺伝子がVrs1相同遺伝子であることを解明し、原著論文として報告した。デュラムコムギとパンコムギの一部系統ではGNI-A1タンパク質のホメオドメインの一アミノ酸置換により機能低下が生じ、粒数が増加することがわかった。この変異を持つコムギ系統は圃場条件における穀粒収量が野生型より10-30%高くなることがわかった。GNI1遺伝子は穂で特異的に発現しており、特に小穂内の上位小花と小穂軸での局在が顕著であった。RNA干渉によってGNI1遺伝子の発現を抑制した形質転換体コムギは野生型よりも小花稔性が向上し粒数が増えた。Vrs1/GNI1遺伝子は遺伝子重複によって生じ、コムギ連に特異的に存在する遺伝子であることがわかった。オオムギVrs1は栽培化過程の比較的早い段階で選抜され、コムギGNI1は栽培化後に選択されてきている。これらの結果からGNI1遺伝子の育種利用が強く期待される。

研究成果

• [国際共同研究] IPK(ドイツ)
  • 国名: ドイツ
  • 外国機関名: IPK
• [国際共同研究] The Hebrew University of Jerusalem(イスラエル)
  • 国名: イスラエル
  • 外国機関名: The Hebrew University of Jerusalem
• [国際共同研究] CSIC(スペイン)
  • 国名: スペイン
  • 外国機関名: CSIC
• [国際共同研究] The University of Sydney(オーストラリア)
  • 国名: オーストラリア
  • 外国機関名: The University of Sydney
• [雑誌論文] Unleashing floret fertility in wheat through the mutation of a homeobox gene (2019)
  • 著者名/発表者名: Sakuma, S., Golan, G., Guo, Z., Ogawa, T., Tagiri, A., Sugimoto, K., Bernhardt, N., Brassac, J., Mascher, M., Hensel, G., Ohnishi, S., Jinno, H., Yamashita, Y., Ayalon, I., Peleg, Z., Schnurbusch, T., Komatsuda, T.
  • 雑誌名: Proceedings of the National Academy of Sciences 巻: 116 ページ: 5182-5187
  • DOI: 10.1073/pnas.1815465116
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Elucidation of the origin of 'agriocrithon' based on domestication genes questions the hypothesis that Tibet is one of the centers of barley domestication (2018)
  • 著者名/発表者名: Pourkheirandish, M., Kanamori, H., Wu, J., Sakuma, S., Blattner, FR., Komatsuda, T.
  • 雑誌名: The Plant Journal 巻: 94 ページ: 525-534
  • DOI: 10.1111/tpj.13876
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Resequencing the Vrs1 gene in Spanish barley landraces revealed reversion of six-rowed to two-rowed spike (2018)
  • 著者名/発表者名: Casas, AM., Contreras-Moreira, B., Cantalapiedra, CP., Sakuma, S., Gracia, MP., Moralejo, M., Molina-Cano, JL., Komatsuda, T., Igartua, E.
  • 雑誌名: Molecular Breeding 巻: 38 ページ: 51
  • DOI: 10.1007/s11032-018-0816-z
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Unleashing floret fertility by a mutated homeobox gene improved grain yield during wheat evolution under domestication (2018)
  • 著者名/発表者名: Sakuma, S., Golan, G., Guo, Z., Ogawa, T., Tagiri, A., Sugimoto, K., Bernhardt, N., Brassac, J., Mascher, M., Hensel, G., Ohnishi, S., Jinno, H., Yamashita, Y., Ayalon, I., Peleg, Z., Schnurbusch, T., Komatsuda, T.
  • 雑誌名: bioRxiv 巻: - ページ: -
  • DOI: https://doi.org/10.1101/434985
  • オープンアクセス / 国際共著
• [学会発表] コムギの稔実小花数増加による多収化 (2019)
  • 著者名/発表者名: 佐久間 俊, Guy Golan, Zifeng Guo, 小川 泰一, 田切 明美, 杉本 和彦, 大西 志全, 神野 裕信, 山下 陽子, Zvi Peleg, Thorsten Schnurbusch, 小松田 隆夫
  • 学会等名: 第135回日本育種学会講演会
• [学会発表] オオムギ側列小花の極端な発達抑制による大粒化 (2018)
  • 著者名/発表者名: 佐久間俊, 小松田隆夫
  • 学会等名: 第134回日本育種学会講演会
• [学会発表] 麦類の小花稔性に関する遺伝機構 (2018)
  • 著者名/発表者名: 佐久間俊
  • 学会等名: 第10回中国地域育種談話会
  • 招待講演
• [学会発表] Understanding genetic diversity of inflorescence architecture in Triticeae (2018)
  • 著者名/発表者名: Shun Sakuma
  • 学会等名: International Training Course on Triticeae Genomics
  • 国際学会
• [学会発表] Mutation identification by direct comparison of whole-genome sequencing data of mutant and wild type individuals (2018)
  • 著者名/発表者名: Martin Mascher, Shun Sakuma
  • 学会等名: Second International Barley Mutant Workshop
  • 国際学会