オオムギにおける形質転換適性の制御メカニズムの解明

2020 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 19H02930
• 研究機関: 岡山大学
• 研究代表者: 久野 裕 岡山大学, 資源植物科学研究所, 准教授 (70415454)
• 研究分担者: 三谷 奈見季 岡山大学, 資源植物科学研究所, 准教授 (40581020) ; 松島 良 岡山大学, 資源植物科学研究所, 准教授 (80403476)
• 研究期間 (年度): 2019-04-01 – 2022-03-31
• キーワード: オオムギ / 形質転換 / ゲノム編集 / 組織培養 / カルス化 / 遺伝解析

研究実績の概要

本研究では、オオムギの形質転換適性に関わる遺伝因子を明らかにし、それらを制御することにより、品種や系統に依存しない形質転換やゲノム編集を実現することを目的とする。
1．オオムギの形質転換効率に関わる3つの主要なTransformation amenability (TFA) 遺伝子座の絞り込みを目的として、形質転換できる品種「Golden Promise」(GP)とできない品種「Haruna Nijo」(HN)または「Full Pint」(FP)の交雑集団を用いて、アグロバクテリウム法による形質転換実験を行った。FP×GPの交雑後代を用いてTFA3を精密マップした結果、1.2Mbpの領域に原因遺伝子が存在し、その遺伝子はカルスの誘導または増殖に寄与していることを明らかにした。一方、HN×GPの交雑後代を用いてTFA1の領域の絞り込みを行った。
２．オオムギ幹細胞のライブイメージングを目的として、既知の幹細胞化関連遺伝子（Wuschel2遺伝子）のオオムギホモログのプロモーターを用いてGFPレポーター遺伝子を発現制御する形質転換オオムギの中から導入遺伝子が固定された形質転換第二世代種子（T2）を得た。
３．再分化等の培養適性に関わる物質の探索を目的として、名古屋大学から分譲された化合物ライブラリの各物質を含んだ培地を作成し、HNの未熟胚由来のカルスを培養した。再分化シュート、緑色細胞、根の再生および生長点形成等の評価を行った。これまで、約1000の化学物質のスクリーニングを終え、主にカルス増殖に関わる物質が見いだされた。

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

本年度の研究実施計画に記載したとおりに研究を進めており、問題なく順調に結果が出ているため。

今後の研究の推進方策

形質転換効率に関わる3つの遺伝子座のうち１つについては遺伝子単離間近であり、今後はそのクローニングと機能の検証実験を行う。幹細胞のライブイメージングに関しては、関連遺伝子プロモーターに制御されるGFP遺伝子を導入固定した形質転換体を得ることができたため、その種子の発芽時の幹細胞観察を行う。培養適性に関わる物質の探索に関しては、化合物ライブラリからカルス増殖に関わる物質を抽出して再オーダーし、TFA3との関連を調査する。

研究成果

• [雑誌論文] Breeding for low cadmium barley by introgression of a Sukkula-like transposable element (2020)
  • 著者名/発表者名: Lei Gui Jie、Fujii-Kashino Miho、Wu De Zhi、Hisano Hiroshi、Saisho Daisuke、Deng Fenglin、Yamaji Naoki、Sato Kazuhiro、Zhao Fang-Jie、Ma Jian Feng
  • 雑誌名: Nature Food 巻: 1 ページ: 489～499
  • DOI: 10.1038/s43016-020-0130-x
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Antagonistic regulation of the gibberellic acid response during stem growth in rice (2020)
  • 著者名/発表者名: Nagai K., Mori Y., Ishikawa S., Furuta T., Gamuyao R., Niimi Y., Hobo T., Fukuda M., Kojima M., Takebayashi Y., Fukushima A., Himuro Y., Kobayashi M., Ackley W., Hisano H., Sato K., Yoshida A., Wu J., Sakakibara H., Sato Y., Tsuji H., Akagi T., Ashikari M.
  • 雑誌名: Nature 巻: 584 ページ: 109～114
  • DOI: 10.1038/s41586-020-2501-8
  • 査読あり / オープンアクセス
• [学会発表] オオムギ2H染色体に座乗する形質転換感受性に関わる遺伝子座TFA3の特性 (2021)
  • 著者名/発表者名: 久野 裕・宗森 広美・佐藤 和広
  • 学会等名: 日本育種学会第139回講演会
• [学会発表] オオムギ2H染色体に座乗する形質転換効率に関わるTFA3遺伝子座の機能 (2020)
  • 著者名/発表者名: 久野 裕・宗森 広美・佐藤 和広
  • 学会等名: 第15回ムギ類研究会
• [産業財産権] イネ科植物及びその作製方法 (2020)
  • 発明者名: 松島良・久野裕・佐藤和広
  • 権利者名: 松島良・久野裕・佐藤和広
  • 産業財産権種類: 特許
  • 産業財産権番号: 特願2020-169225