Important agronomic genes in Japanese rice cultivars

2016 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 15H04436
• Research Institution: Kobe University
• Principal Investigator: 山崎 将紀 神戸大学, 農学研究科, 准教授 (00432550)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 梶 亮太 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, グループ長 (40414809) ; 横上 晴郁 国立研究開発法人農業・食品産業技術総合研究機構, 東北農業研究センター, 主任研究員 (10355307) ; 前田 英郎 国立研究開発法人農業・食品産業技術総合研究機構, 中央農業研究センター, グループ長 (40442751) ; 出田 収 国立研究開発法人農業・食品産業技術総合研究機構, 西日本農業研究センター, グループ長 (40414651) ; 片岡 知守 国立研究開発法人農業・食品産業技術総合研究機構, 九州沖縄農業研究センター, 上級研究員 (20355308)
• Project Period (FY): 2015-04-01 – 2019-03-31
• Keywords: 育種学 / イネ / 農業形質 / ゲノムワイドアソシエーション解析（GWAS） / 重要遺伝子 / 適応遺伝子

Outline of Annual Research Achievements

現在の日本水稲品種群の育成に貢献した遺伝子（重要遺伝子）と日本の各地に適応した遺伝子（適応遺伝子）を同定し、日本水稲育種の歴史ならびに地域や気候への適応性を遺伝子レベルで解明することを目的とする。日本水稲品種群のうち作付け上位の品種および育成の母本として利用され、最近の育成品種を含めた１４４品種を全国６カ所で栽培して、各農業形質を測定し、ゲノムワイドアソシエーション解析（GWAS: Genome-wide association studies）を行い、関連する遺伝子を同定し、さらに重要遺伝子や適応遺伝子の区分を試みた。
到穂日数については主に７カ所、稈長については３カ所に関連が検出され、それぞれ重要遺伝子が到穂日数については４カ所、稈長については２カ所、適応遺伝子が到穂日数については３カ所、稈長については１カ所に区分ができた。今年度を含めた過去２カ年の結果GWASの検出ピークに相違があったことから、栽培条件または気象条件の差異が強く示唆された。多くが既存の遺伝子であることが確認されたが、その一方で２つの新規の農業形質遺伝子の同定に成功した。まず、染色体１にOsHESO1と命名された遺伝子が複数地点の到穂日数に関連していた。もう一つは染色体１１にOsGATA28と命名された遺伝子が到穂日数だけでなく、稈長や穂長への遺伝的効果が明らかになり収量増加への貢献が期待できた。このように日本水稲品種集団を用いたGWASは候補遺伝子の迅速な絞り込みに有効であった。さらにその他の形質についても調査とGWASを実施して遺伝子を同定するパイプラインが確立したと言える。

Current Status of Research Progress

1: Research has progressed more than it was originally planned.

Reason

望外にも２つの新規農業形質遺伝子が同定できた。その他の遺伝解析も進んでおり、重要遺伝子と適応遺伝子がそれぞれ区分できた。また、各地の農業形質の調査は順調に進んでいる。

Strategy for Future Research Activity

農業形質の調査の効率化のために、さらにICT化が進んできた。年次変動を確認するために、来期も３年目として同じ日本水稲品種群を調査してGWASを行い、一方交雑集団を使ったQTL解析を実施していく。系譜情報や集団遺伝学的手法の整備も着実に進み、来年度以降重要遺伝子または適応遺伝子の同定が可能になってきた。また各品種の全ゲノム配列決定の構想を練り、Whole-Genome SequencingをベースにしたGWASを準備する。これまでの結果や今年度の結果が遺伝解析だけでなく、各品種の生育予測やゲノミックセレクションにも利用できると考えられる。

Research Products

• [Int'l Joint Research] アメリカ農務省農業研究部門（USDA-ARS）(米国)
  • Country Name: U.S.A.
  • Counterpart Institution: アメリカ農務省農業研究部門（USDA-ARS）
• [Journal Article] Genome-wide association study using whole-genome sequencing rapidly identifies novel genes associated with agronomic traits in rice. (2016)
  • Author(s): Yano, K., E. Yamamoto, K. Aya, H. Takeuchi, P.-C. Lo, L. Hu, M. Yamasaki, S. Yoshida, K. Hirano, H. Kitano and M. Matsuoka
  • Journal Title: Nature Genetics Volume: 48 Pages: 927-934
  • DOI: doi:10.1038/ng.3596
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Presentation] 日本水稲遺伝資源における炊飯米の食味関連形質のゲノムワイドアソシエーション解析 (2017)
  • Author(s): 堀清純・米丸淳一・鈴木啓太郎・飯島健・辻井良政・小俣衣央梨・仁木沙都美・木村圭一・朱紅加・山崎将紀・江花薫子・高野克己
  • Organizer: 第１３１回日本育種学会講演会
  • Place of Presentation: 名古屋大
  • Year and Date: 2017-03-29 – 2017-03-30
• [Presentation] 「コシヒカリ」に導入した「山田錦」に由来する大粒化QTLの集積効果 (2017)
  • Author(s): 岡田聡史・横山若菜・飯島健・堀清純・山崎将紀
  • Organizer: 第１３１回日本育種学会講演会
  • Place of Presentation: 名古屋大
  • Year and Date: 2017-03-29 – 2017-03-30
• [Presentation] Genome-wide association study using whole-genome sequencing rapidly identifies new influencing agronomic traits in rice. (2017)
  • Author(s): Yamasaki, M., K. Yano, M. Maeda, S. Yoshida, H. Kitano, K. Hirano, G. Tamiya, K. Doi and M. Matsuoka
  • Organizer: 59th Annual Maize Genetics Conference
  • Place of Presentation: St. Louis, Missouri, USA
  • Year and Date: 2017-03-09 – 2017-03-12
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Genome-wide association study using whole-genome sequencing rapidly identifies new influencing agronomic traits in rice. (2017)
  • Author(s): Yano, K., E. Yamamoto, K. Aya, H. Takeuchi, P.-C. Lo, L. Hu, M. Yamasaki, S. Yoshida, K. Hirano, H. Kitano and M. Matsuoka
  • Organizer: Plant & Animal Genomes XXV Conference
  • Place of Presentation: San Diego, California, USA
  • Year and Date: 2017-01-14 – 2017-01-18
  • Int'l Joint Research / Invited
• [Presentation] ゲノムワイドアソシエーション解析の工夫や準備すること (2016)
  • Author(s): 山崎将紀・前田道弘・田宮元・土井一行
  • Organizer: 第１１回ムギ類研究会・第８回中国地域育種談話会共催
  • Place of Presentation: 岡山大学資源植物科学研究所
  • Year and Date: 2016-12-10 – 2016-12-11
  • Invited
• [Presentation] イネにおけるゲノムワイドアソシエーション解析を用いた遺伝子の迅速な同定 (2016)
  • Author(s): 矢野憲司・山崎将紀・吉田晋弥・北野英己・平野恒・松岡信
  • Organizer: 第１１回ムギ類研究会・第８回中国地域育種談話会共催
  • Place of Presentation: 岡山大学資源植物科学研究所
  • Year and Date: 2016-12-10 – 2016-12-11
  • Invited
• [Presentation] 日本型水稲品種の炊飯物性値に関するゲノムワイドアソシエーション解析 (2016)
  • Author(s): 和田卓也・山崎将紀・出田収・井上敬・坪根正雄・宮原克典・宮崎真行
  • Organizer: 第１３０回日本育種学会講演会
  • Place of Presentation: 鳥取大
  • Year and Date: 2016-09-24 – 2016-09-25
• [Presentation] 酒米品種「山田錦」を特徴付ける粒形QTL (2016)
  • Author(s): 岡田聡史・坂本拓也・末廣美紀・横山若菜・飯島健・堀清純・山崎将紀
  • Organizer: 第１３０回日本育種学会講演会
  • Place of Presentation: 鳥取大
  • Year and Date: 2016-09-24 – 2016-09-25
• [Presentation] 「山田錦」が保有する特性の遺伝解析 (2016)
  • Author(s): 山崎将紀
  • Organizer: 第４０回酒米懇談会
  • Place of Presentation: 東京
  • Year and Date: 2016-09-01
  • Invited
• [Book] 「植物学の百科事典」第８章「植物学の応用：農業」「QTL解析」 (2016)
  • Author(s): 山崎将紀
  • Total Pages: 802
  • Publisher: 丸善出版
• [Remarks] 研究テーマ 山崎将紀
  • URL: http://www2.kobe-u.ac.jp/~yamamasa/research.html
• [Remarks] 研究業績 山崎将紀
  • URL: http://www2.kobe-u.ac.jp/~yamamasa/publications.html
• [Remarks] 教員紹介 山崎将紀
  • URL: http://www.edu.kobe-u.ac.jp/ans-foodres/b_03_edu_01.html
• [Remarks] 神戸大学農学部インターゲノミクス研究会、研究紹介 山崎将紀
  • URL: http://www.research.kobe-u.ac.jp/ans-intergenomics/researcher7.html