野生イネを用いた環境変化による穂の形態形成の制御機構の理解

2021 年度 実施状況報告書

• 研究課題/領域番号: 21K14832
• 研究機関: 国立遺伝学研究所
• 研究代表者: 縣 歩美 国立遺伝学研究所, ゲノム・進化研究系, 博士研究員 (60875087)
• 研究期間 (年度): 2021-04-01 – 2024-03-31
• キーワード: 野生イネ / 穂形態 / 形態形成 / 環境応答

研究実績の概要

イネの収量性は、穂の枝分かれ(分枝)パターンを制御すれば向上できる。しかし、穂を改良したイネは環境変化に敏感であり、実環境において必ずしも期待した効果が発揮されない場合がある。この問題を解決するためには、穂の分枝パターンが環境に左右されないように、穂形態の環境応答を理解する必要がある。本研究では、野生イネが持つ環境適応性の多様性を利用して、穂が環境変化に応答しその形態を変化させ、日々変動する環境で生きていく適応機構を明らかにする。
本年度は、近縁野生イネが示す穂形態の環境ストレス応答を評価し、その応答性の多様性を明らかにすることを目指した。本研究では環境ストレスのうち、乾燥ストレスを扱う。国立遺伝学研究所が保有する野生遺伝資源の中から、栽培イネに近縁なゲノムを持つO. rufipogon、O. barthii、O. meridionalis、O. glumaepatula 各5アクセッションを解析材料として使用した。短日処理が可能な圃場にて、乾燥ストレスを与えるために、2つの異なる圃場環境（通常の水田条件と最低限の灌漑を行う畑作条件）で同一のアクセッションを栽培した。畑作条件では、土壌水分センサーで乾燥の度合いを確認しながら最低限の灌漑を行い、乾燥ストレスを施した。出穂日の調査を行い、出穂直後 (脱粒が始まる前)に形質評価に使用する穂を採取した。また出穂後30日を超えた時点で稈長を測定し、さらに植物体全体を採取して穂数および茎葉重を調査した。違う環境で育成された同じアクセッションの表現型の変化を調査し、各アクセッションの乾燥ストレス応答性を評価した。その結果、畑作条件下で全アクセッションの出穂日が遅延する、稈長・穂数・茎葉重が減少する傾向にあったが、その減少度合いがアクセッション間で異なっていた。今後は穂の分枝パターンの変化を詳細に調査する予定である。

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

予定していた研究内容をおおむね実施した。

今後の研究の推進方策

本年度とは異なるアクセッションを解析材料に追加して、近縁野生イネが示す穂形態の環境ストレス応答を評価し、種内および種間の乾燥ストレス応答性を評価および分類する。また穂形態の乾燥ストレス応答のパターンが異なるアクセッションを、2つの異なる圃場環境(水田作・畑作)で育成し、分枝形成期の穂メリステムからRNAを単離しトランスクリプトーム解析を行う。この解析により、穂の形態形成に関わり、かつ乾燥ストレスに応答する遺伝子群や遺伝子制御ネットワークを同定し、環境変化への適応における役割を明らかにする。

次年度使用額が生じた理由

本年度は、短日処理が可能な圃場での乾燥ストレス応答の評価系の確立と環境変化への応答評価に注力した。そのため、発現解析や遺伝解析に必要な試薬類の購入を見送った。結果として、物品費における次年度使用額が生じた。これについては、2022～2023年度に行うための試薬類の購入に使用する。また研究打ち合わせの出張を本年度ではなく2022～2023年度の実施に予定を変更したため、旅費における次年度使用額が生じた。

研究成果

• [雑誌論文] Collection, preservation and distribution of Oryza genetic resources by the National Bioresource Project RICE (NBRP-RICE) (2021)
  • 著者名/発表者名: Yutaka Sato, Katsutoshi Tsuda, Yoshiyuki Yamagata, Hiroaki Matsusaka, Hiromi Kajiya-Kanegae, Yuri Yoshida, Ayumi Agata, Kim Nhung Ta, Sae Shimizu-Sato, Toshiya Suzuki, Misuzu Nosaka-Takahashi, Takahiko Kubo, Shoko Kawamoto, Ken-Ichi Nonomura, Hideshi Yasui, Toshihiro Kumamaru
  • 雑誌名: Breeding Science 巻: Vol. 71, No. 3 ページ: 291-298
  • DOI: 10.1270/jsbbs.21005
  • 査読あり / オープンアクセス
• [学会発表] イネ強稈性を制御する遺伝子qGF1の同定および機能解析 (2022)
  • 著者名/発表者名: 縣 歩美, 石原 亮太, 黒羽 剛, 西谷 和彦, 佐藤 豊, 榊原 均, 芦苅 基行, 北野 英己, 保浦 徳昇
  • 学会等名: 日本育種学会 第141回講演会
• [学会発表] イネの穂形態を制御する3つの遺伝子の組み合わせが穂構造および収量関連形質に及ぼす影響 (2021)
  • 著者名/発表者名: 縣 歩美, 太田 自由, 佐藤 豊, 榊原 均, 芦苅 基行, 北野 英己, 保浦 徳昇
  • 学会等名: 日本育種学会 第140回講演会
• [学会発表] The regulatory mechanisms underlying diverse panicle branching pattern in rice (2021)
  • 著者名/発表者名: Ayumi Agata
  • 学会等名: 日本植物学会 第85回大会 シンポジウム「Inflorescence development and diversity in grasses」
  • 招待講演