| 研究課題/領域番号 |
19K06729
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| 研究機関 | 明治大学 |
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研究代表者 |
川上 直人 明治大学, 農学部, 専任教授 (10211179)
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| 研究分担者 |
井内 聖 国立研究開発法人理化学研究所, バイオリソース研究センター, 専任研究員 (90312256)
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| 研究期間 (年度) |
2019-04-01 – 2023-03-31
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| キーワード | 種子 / 発芽 / フェノロジー / 自然変異 / 温度 / 量的遺伝子座 / 遺伝解析 |
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| 研究実績の概要 |
一年生草本のフェノロジーは種子発芽と花芽形成の季節に依存するが、発芽の季節を決める分子機構は不明である。本研究ではシロイヌナズナ種内の自然変異に着目し、夏型と冬型で対照的な種子発芽の温度反応性をもたらす分子機構を解明することを目的としている。2020年度までに、夏型と冬型に特徴的な発芽の温度反応性を示す系統の交配（組合せA）で得られたF2の解析から、高温発芽性は主要な2遺伝子座（HTG1とHTG2）に支配されることを明らかにした。また、交配組合せBから、高温と低温の発芽形質はそれぞれ異なる遺伝子座に支配されること、いずれも複数の遺伝子が関わる量的形質であることを明らかにした。
2021年度では、組合せA のF2系統とBIL（Backcross inbred lines）のジェノタイピングと発芽試験から、安定した高温発芽性はHTG1とHTG2の両者が夏型アレルの個体にのみ現れることを明らかにした。この情報を元に、高温発芽性を示したBIL系統およびF2系統を選び、それぞれHTG1とHTG2の単離同定に向けたマッピング集団を作成した。HTG1については後代の高温発芽性が1因子のメンデル遺伝を示し、遺伝子の単離同定が可能であることを示した。
Ler系統は夏型の発芽形質を示す系統にごく近縁であり、最も高温で発芽しやすい系統の一つである。Lerと冬型のCviの交配から作成された92の準同質遺伝子系統（NIL）を用いてQTL解析を行い、7つの高温発芽性QTLを見出した。このうちの2つは組合せAから見出したHTG1とHTG2に重複した領域に座乗しており、主要な遺伝子は系統間で共通である可能性が示された。また、3つは休眠を支配するQTLと重複した領域から検出され、休眠性との関連が示唆された。
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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
本学では新型コロナウイルス感染症に対応した活動制限が秋学期から緩和されたこと、研究室内および研究分担者との協力体制による効率的な実験・研究の推進がなされ、2020年度の遅れが解消された。
夏型と冬型のフェノロジーを可能とする発芽の温度反応性は、高温と低温、両方の反応性が必要であり、いずれも複数の遺伝子座に制御される量的形質であることを複数の系統の組合せで明らかにすることができた。交配組合せAでは、高温反応、Bでは主に低温反応に関わる遺伝子を単離できる準備が整った。また、夏型系統由来の高温発芽遺伝子を持つと期待されるLerをバックグラウンドとしてCvi由来の染色体の一部を持つ準同質遺伝子系統を用いることにより、系統作成にかかる年月を省き、短期間で7つのQTLを見出すと共に、Ler/Cviで独自に見出されたQTLを含む3遺伝子座について、マッピング集団を作成することができた。このため、分子マーカーを用いたマッピングと次世代シークエンサーを用いたQTLseqの手法を組み合わせて適用することにより、研究期間内に遺伝子を特定することが可能となっている。
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| 今後の研究の推進方策 |
＜高温発芽性を支配する遺伝子のファインマッピングと同定＞HTG1の同定：組合せAのマッピング集団（BC1F2世代）を用い、分子マーカーを用いたマッピングと次世代シークエンサーによるゲノム解析（QTLseq）の両面から、候補遺伝子を同定する。候補遺伝子の機能喪失突然変異体（T-DNA挿入系統）の表現型を確認し、HTG1遺伝子を同定する。組合せAのマッピングと平行し、Ler/Cvi NILで作成したHTG1と重複する領域、qHTG1のマッピング集団を解析し、必要に応じて遺伝子の同定を試みる。
HTG2の同定：組合せAのマッピング集団（F2世代）を用い、高温発芽性が1因子のメンデル遺伝で説明できることを確認し、従来法のマッピングとQTLseqの両面から候補遺伝子を同定する。候補遺伝子の機能喪失突然変異体の表現型を確認し、HTG2遺伝子を同定する。また、Ler/Cvi NILで作成したHTG2と重複する領域、qHTG2のマッピング集団を解析し、必要に応じて遺伝子の同定を試みる。
＜低温発芽性を支配する遺伝子のマッピング＞交配組み合わせBのF2集団を用い、主要なQTL遺伝子座の検出を試みる。主要遺伝子座が検出された場合、F2世代を用いてマッピングを行う。
＜組換え自殖系統（RIL）の確立と解析＞組換え自殖系統は主要QTL以外の遺伝子の検出および遺伝子間相互作用の検出を目的とし、F8世代を確立すると共に、発芽形質を解析する。
＜夏型と冬型種子における遺伝子発現の解析＞温度による発芽制御における夏型と冬型の特異性と共通性を明らかにするため、植物ホルモン関連遺伝子の発現に対する吸水温度の影響を、リアルタイムPCR法により比較解析する。
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| 次年度使用額が生じた理由 |
2020年度からの繰越に加え、QTL解析が計画よりも少ない系統数で進行した。2022年度においては、特に次世代シークエンサーを用いたゲノム解析に多くの予算を充て、効率的な遺伝子同定を行う。また、遺伝子発現解析を実施する。
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