イネ大規模交雑集団からの高温登熟耐性系統の選抜と遺伝・形態・環境要因の解明

2023 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 21H02165
• 配分区分: 補助金
• 研究機関: 新潟大学
• 研究代表者: 山崎 将紀 新潟大学, 自然科学系, 教授 (00432550)
• 研究分担者: 松葉 修一 国立研究開発法人農業・食品産業技術総合研究機構, 北海道農業研究センター, 上級研究員 (00370594)
• 研究期間 (年度): 2021-04-01 – 2025-03-31
• キーワード: イネ / 高温登熟性 / 気象条件 / 出穂期 / QTL / 品種や系統の選抜

研究実績の概要

日本全国で夏場の高温が続くため、イネの高温登熟に伴う白未熟粒発生要因の解明と対策が必要である。将来においてもコメの生産を大きく担う、北海道は高温登熟を警戒すべき時期が到来している。大規模な日本水稲交雑集団より高温登熟耐性系統を選抜して、これまで４地点（北海道、新潟、福井、兵庫）で栽培して高温登熟性やイネの形態ならびに環境を複数年にわたって調査し、全ゲノム解読や遺伝子型決定によって遺伝的要因も含めた特性を解明していく。また、これらの系統は高温登熟耐性育種への母本としての貢献が期待できる。その一方で、日本水稲における高温登熟性の遺伝様式を明らかにするため、QTL解析を行う。高温登熟耐性を付与するために、日本各地に最適なハプロタイプ組み合わせが提唱できる。
本年度は新潟市、札幌市、福井市でRIL集団を栽培して、高温登熟に関する種子形質を調べ、整粒率が高い系統を高温登熟耐性候補系統として複数選出できた。2024年度はこの候補系統の栽培試験や生産力検定試験を実施していく。新たな高温登熟耐性指標で、出穂期が異なっていても品種間差を測定できる高温登熟耐性モデルを開発できた。各形質についてQTL解析を行い、出穂期の影響と登熟気温の影響を受けながらも複数QTLの関与が考えられた。
2023年度は全国的に猛暑となり、当初申請していた兵庫県加西市、新潟市、札幌市、福井市でこれまでに得られた形質データや環境データは貴重であり、引き続きデータの収集に努めていく。

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

新潟市で栽培された組換え自殖系統（RIL）集団を、穀粒判別器（サタケRGQI20A）などを利用して測定したところ、各系統の出穂期や千粒重ならびに高温登熟耐性には年次間に正の相関関係が認められ、年次変動は確実に認められるものの、各系統の形質の傾向は同様であった。高温登熟耐性の指標としている整粒比と収量性との相関は高くなく、白未熟粒である乳白や基白の発生率と弱い相関がある環境で検出された。「コシヒカリ」／「きらら397」RILからは２系統が、早生で高い整粒率、収量性は「コシヒカリ」並を示す候補として選抜できた。またこの系統については、札幌市や福井市でも同様の結果が得られ、引き続き栽培試験を重ねていく。各RIL集団はGRAS-Di技術による遺伝子型が決定されて連鎖地図が作成され、各RILゲノムの概要が把握できたが、高温登熟耐性には複数のQTLの関与が示唆された。
「コシヒカリ」／「きらら397」RILのQTL解析を行ったところ、千粒重は染色体6に札幌と新潟で安定したQTLがあったが、整粒率はGhd7の影響が大きかった。染色体5の粒長QTLが札幌と新潟で安定していて候補遺伝子があった。
北海道での高温登熟耐性の指標となる品種群が選定できた。強-やや強-中-やや弱-弱の5段階で絞り込まれてきた。
福井では、予測モデルから出穂期による高温登熟性を考慮するために、一定の気温による推定整粒率を推定し、その検証を行った。早生、中生、晩生で分類し、それぞれ高温登熟耐性品種や系統が絞り込まれてきた。新たな指標となることがわかったので、2024年度も栽培試験を行い、成果を取りまとめる。

今後の研究の推進方策

2023年度は全国的に猛暑となり、新潟市、兵庫県加西市、札幌市、福井市で得られた形質データや環境データは貴重であり、引き続きデータの収集に努めていき、4ヵ年のデータをまとめていく。各地域での高温登熟性と高温登熟耐性育種の研究を推進していく。

研究成果

• [雑誌論文] Dual ensemble approach to predict rice heading date by integrating multiple rice phenology models and machine learning-based genetic parameter regression models (2024)
  • 著者名/発表者名: Kawakita Satoshi、Yamasaki Masanori、Teratani Ryo、Yabe Shiori、Kajiya-Kanegae Hiromi、Yoshida Hiroe、Fushimi Erina、Nakagawa Hiroshi
  • 雑誌名: Agricultural and Forest Meteorology 巻: 344 ページ: 109821～109821
  • DOI: 10.1016/j.agrformet.2023.109821
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] 水稲高温登熟性標準品種を用いた玄米外観品質判定の器種比較 (2023)
  • 著者名/発表者名: 村田和優・長岡令・小島洋一朗・山崎将紀
  • 雑誌名: 北陸作物・育種研究 巻: 58 ページ: 13-19.
  • 査読あり
• [雑誌論文] Integrated genome-wide differentiation and association analyses identify causal genes underlying breeding-selected grain quality traits in japonica rice (2023)
  • 著者名/発表者名: Yoshida H, Okada S, Wang F, Shiota S, Mori M, Kawamura M, Zhao X, Wang Y, Nishigaki N, Kobayashi A, Miura K, Yoshida S, Ikegami M, Ito A, Huang L-T, Caroline Hsing Yue-Ie, Yamagata Yi, Morinaka Y, Yamasaki M, Kotake T, Yamamoto E, Sun J, Hirano K, Matsuoka M
  • 雑誌名: Molecular Plant 巻: 16 ページ: 1460～1477
  • DOI: 10.1016/j.molp.2023.09.002
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [学会発表] 「コシヒカリ」と「アケボノ」の組換え自殖系統を用いた水稲の高温登熟性に関するQTL解析 (2024)
  • 著者名/発表者名: 中岡史裕・小林麻子・茶谷弦輝・渡辺脩斗・佐藤信仁・山崎将紀
  • 学会等名: 第257回作物学会講演会
• [学会発表] 日本水稲を使った遺伝育種学的研究 (2023)
  • 著者名/発表者名: 山崎将紀
  • 学会等名: 第18回東北育種研究集会
  • 招待講演
• [学会発表] 水稲品種「いちほまれ」より糊化開始温度が低い突然変異系統の特性 (2023)
  • 著者名/発表者名: 中岡史裕・小林麻子・渡辺脩斗・両角悠作・町田芳恵・茶谷弦輝・三浦孝太郎・山崎 将紀
  • 学会等名: 第144回講演会日本育種学会
• [学会発表] 大学発の日本酒開発プロジェクトと酒米研究 (2023)
  • 著者名/発表者名: 山崎将紀
  • 学会等名: 第256回日本作物学会講演会
  • 招待講演
• [備考] 山崎研究室ホームページ
  • URL: http://www.agr.niigata-u.ac.jp/~crop_rice/
• [備考] 山崎将紀クラウドファンデイング（READYFORサイト）
  • URL: https://readyfor.jp/projects/rice-niigata