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2020 年度 実施状況報告書

野生コムギ集団に眠る未知の多様性の発掘と評価:栽培化過程解明と育種利用基盤構築

研究課題

研究課題/領域番号 18KK0173
研究機関神戸大学

研究代表者

森 直樹  神戸大学, 農学研究科, 教授 (60230075)

研究分担者 竹中 祥太朗  龍谷大学, 農学部, 講師 (20757736)
丹野 研一  龍谷大学, 文学部, 准教授 (10419864)
研究期間 (年度) 2018-10-09 – 2023-03-31
キーワード野生コムギ / 遺伝資源 / 遺伝的多様性 / 自然集団 / 疑似自然集団 / 栽培化
研究実績の概要

コムギは、約1万年前にレヴァント北部で栽培化された。祖先野生種はその自生地の多様な環境に適応・進化しており、集団内・集団間で非常に高い多様性をもつことがわかってきた。しかし、栽培化起源地であるトルコ南部の野生コムギ集団は人為的環境破壊によって消失の危機にある。本研究では、集団内に眠っている多様性の持続的・発展的な利用基盤を確立するため、自然集団から任意抽出して作出した「疑似自然集団群」を整備することを目的としている。また、これらの野生コムギ集団内の遺伝的多様性を適応的形質と中立的DNA変異の両面から調査し、変異の種類とその集団内頻度を解明する。そして、コムギ栽培化の初期にどのような遺伝的構成をもつ自然集団が人為選抜の対象となったのかを探る。
本研究では期間全体を通じて以下の目標を置いて計画を進めている。1)自然集団内の変異を反映した疑似自然集団群の作出、2)適応形質と中立的DNA変異の両面からみた集団内および集団間の遺伝的構成の解明、3)栽培化に寄与した祖先集団の特定、4)栽培化に寄与した集団の遺伝的特徴の解明。上記の研究計画の1)から推進するため、2018年の10月に野生4倍性コムギ(野生二粒系コムギおよび野生チモフェービ系コムギの両種を含む)について疑似自然集団群の作出を開始した。これまでの現地調査で採集しチュクロワ大学で保存中のサンプルから、トルコ南部におけるこれらの分布域のほぼ全域をカバーする5つの自然集団を選び、それぞれの集団から23-64個体(221個体)を任意抽出し、栽培を試みたが現地の天候不良により収穫に至らなかった。そこで、一昨年(2019年)の10月に新たに2集団を加えて7つの集団288個体を播種した。2020年の初夏に自殖種子を得るとともに、DNAを抽出する計画であったが、新型コロナウイルスの世界的感染拡大により現在計画が遅延している。

現在までの達成度 (区分)
現在までの達成度 (区分)

4: 遅れている

理由

本研究では、消失の危機にある栽培化起源地の野生コムギ集団を持続的・発展的に利用するため、野生2倍性コムギと野生4倍性コムギについて自然集団の多様性を反映させた擬似自然集団の育成とその利用・解析に取り組んでいる。
これまでに自然集団で採集し共同研究先であるチュクロワ大学に保存中の採集サンプルから、現地の地理的条件なども考慮し11の野生2倍性コムギ集団と18の野生4倍性コムギの集団を選定した。当初の計画通り、まず野生4倍性コムギの疑似自然集団群を作成することとした。平成30年(2018年)の10月に、上記の集団のうち野生4倍性コムギの5集団(221個体)を選び、それぞれ23~64の小穂を任意抽出し、小穂ごとに1粒の穎果を選び識別番号をつけて個体識別を行った。これらの植物を平成30年12月にチュクロワ大学構内の実験圃場に定植した。これらを平成31年4月から5月にかけて自家受粉させ、6月にその種子を収穫する予定であったが、現地の状況が悪く収穫に至らなかった。そのため、一昨年(2019年)9月(森、大田、竹中)と11月(森、大田)の2回にわたってトルコへ渡航し、上記の5集団に新たに2集団を加えて計7集団から288個体を任意抽出して11月に再度播種した。これらを現地で栽培し、自殖種子やDNA抽出用の葉の組織を採集する予定であった。しかしながら、一昨年から世界的なパンデミックにある新型コロナウイルス感染症の感染拡大が続いており、昨年はトルコの共同研究先への渡航を断念した。そのため、現地における植物材料の育成と収穫、形質調査などの研究が停滞している。一昨年の秋に播種した野生コムギの遺伝資源はウエブによる研究打ち合わせなどをによる交渉の結果、共同研究先の協力により昨年の春に何とか収穫することができたが、その後の作業ができず現地に保管中である。

今後の研究の推進方策

本研究では、これまでのジーンバンクでは実現できなかった自然集団内の遺伝的多様性を反映したコムギ遺伝資源の永続的利用基盤の構築を1つの大きな柱としている。これまでにトルコ国内で実施したフィールド調査では、それぞれの調査集団ごとに多くの個体を無作為に採集してきた。本研究では、これらのサンプルから集団ごとに複数の個体をランダムに抽出しそれらを単粒系統法にて自殖することにより純系統化し、自然集団の遺伝的変異を反映しつつ永続的な維持・利用が可能な「疑似自然集団群」を作成する。
そのため、前年の秋に現地で播種した植物について、次の年に以下の3点を進めることを計画している。1)開花前に硫酸紙の交配用袋をかけて自殖させる。2)DNAレベルにおける多様性を調査するため育成中の個体ごとに生葉を0.5グラムずつ採取し凍結保存する。3)登熟後にこれらを個体ごとに収穫し穂の形態的特徴や穂ごとの穎果数や重量などを記録して冷蔵保存する。しかし、上で述べたように、一昨年に現地で播種した288個体は、昨年の初夏に収穫まで至ったが、その後の作業が進められず現地で保管されている状況である。今年度は、トルコへの渡航が再開できれば収穫された穂の形質調査と脱穀を行って疑似自然集団の系統としての保存を開始する。さらに、残りの野生コムギの自然集団サンプルから次の種子セットを任意抽出し播種・栽培・収穫を行って疑似自然集団の充実を図る。
いまだに新型コロナウイルス感染拡大の終息が見えないため、研究期間の延長も視野に入れつつ臨機応変に対応しながら進める。

次年度使用額が生じた理由

本研究の研究代表者(森)をはじめ研究分担者、研究協力者の何れもトルコに渡航することができなかったため。次年度に新型コロナウイルスの状況を考慮しつつ、本邦で可能な解析や旅費および現地における植物の育成・収穫など補助のための謝金に使用する予定である。

  • 研究成果

    (12件)

すべて 2021 2020

すべて 雑誌論文 (5件) (うち国際共著 1件、 査読あり 4件、 オープンアクセス 5件) 学会発表 (5件) 図書 (2件)

  • [雑誌論文] Rhizospheric bacterial community structure of Triticum and Aegilops revealed by pyrosequencing analysis of the 16S rRNA gene: dominance of the A genome over the B and D genomes2020

    • 著者名/発表者名
      Ito Natsumi, Mori Naoki, Miyashita Naohiko T.
    • 雑誌名

      Genes & Genetic Systems

      巻: 95 ページ: 249~268

    • DOI

      10.1266/ggs.20-00006

    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Reproductive and genetic roles of the maternal progenitor in the origin of common wheat (Triticum aestivum L.)2020

    • 著者名/発表者名
      Matsuoka Yoshihiro, Mori Naoki
    • 雑誌名

      Ecology and Evolution

      巻: 10 ページ: 13926~13937

    • DOI

      10.1002/ece3.6985

    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] デュラムコムギの国内生産のための栽培法に関する基礎研究2020

    • 著者名/発表者名
      丹野 研一
    • 雑誌名

      龍谷紀要

      巻: 42 ページ: 41, 59

    • オープンアクセス
  • [雑誌論文] Development of self-fertile deletion homozygous and ditelosomic lines for the long arm of chromosome 2A in common wheat2020

    • 著者名/発表者名
      Takenaka Shotaro, Joshi Giri P., Endo Takashi R.
    • 雑誌名

      Genes & Genetic Systems

      巻: 95 ページ: 95~99

    • DOI

      10.1266/ggs.19-00063

    • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
  • [雑誌論文] High sensitivity of roots to salt stress as revealed by novel tip bioassay in wheat seedlings2020

    • 著者名/発表者名
      Nakamura Chiharu, Takenaka Shotaro, Nitta Miyuki, Yamamoto Mikio, Kawazoe Tetsuya, Ono Shunsuke, Takenaka Motoki, Inoue Kazuma, Takenaka Shotaro, Kawai Shingo
    • 雑誌名

      Biotechnology & Biotechnological Equipment

      巻: 35 ページ: 246~254

    • DOI

      10.1080/13102818.2020.1852890

    • 査読あり / オープンアクセス
  • [学会発表] 野生エンマーコムギにおけるVRN-A3座の変異と栽培コムギにおける分布2021

    • 著者名/発表者名
      西村 和紗, 森 直樹、半田 裕一, 川浦 香奈子, 北島 宣, 中﨑 鉄也
    • 学会等名
      日本育種学会第139回講演会
  • [学会発表] コムギの細胞質置換系統におけるミトコンドリアDNAの分子内組み換えの定量的解析2020

    • 著者名/発表者名
      鎌田 知希, 太田 星史, 牧田 真之, 辻村 真衣, 寺地 徹, 森 直樹
    • 学会等名
      第15回ムギ類研究会
  • [学会発表] 野生エンマ―コムギの遺伝的背景を持つ戻し交雑自殖系統を用いた草型の解析2020

    • 著者名/発表者名
      粕淵 星也, 島田 沙織, 牛 恒一, Vladutu Cristian, Kianian Shahryar , 森 直樹
    • 学会等名
      第15回ムギ類研究会
  • [学会発表] 野生エンマーコムギと栽培エンマーコムギの穂と穎果の形態形質の比較2020

    • 著者名/発表者名
      岩﨑 菖子, 森 直樹
    • 学会等名
      第15回ムギ類研究会
  • [学会発表] コムギ倍数性進化における雑種ゲノム倍加の重要性:交雑実験とQTL解析の結果から2020

    • 著者名/発表者名
      松岡 由浩, 森 直樹
    • 学会等名
      第15回ムギ類研究会
  • [図書] 世界の食文化百科事典2021

    • 著者名/発表者名
      野林 厚志 (編), 大田 正次 (分担執筆, p42-43)
    • 総ページ数
      692
    • 出版者
      丸善出版
    • ISBN
      978-4-621-30593-5
  • [図書] エッセンシャル遺伝学・ゲノム科学(原著第7版)2021

    • 著者名/発表者名
      Daniel L. Hartl (著), 中村 千春, 岡田 清孝 (監訳), 森 直樹 (分担翻訳,第14章)
    • 総ページ数
      525
    • 出版者
      化学同人
    • ISBN
      978-4-7598-2048-5

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公開日: 2021-12-27  

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