2016 Fiscal Year Annual Research Report
イネの生育過程を通した栄養関連代謝の動態モニタリングとその分子制御機構の解明
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15H05612
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| Research Institution | National Agriculture and Food Research Organization |
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Principal Investigator |
佐藤 豊 国立研究開発法人農業・食品産業技術総合研究機構, 次世代作物開発研究センター 基盤研究領域, 主任研究員 (90510694)
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| Project Period (FY) |
2015-04-01 – 2018-03-31
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| Keywords | イネ / 栄養代謝 / マイクロアレイ / 突然変異体 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
昨年度と同様に沖積土と火山灰由来の洪積土の2種類の水田に、日本晴、コシヒカリ、タカナリ、IR64を栽培し、経時的な生育調査と収量調査を行った。これまでの解析から洪積土で育てたイネは分げつ形成期にリンの要求反応を発動していることが明らかになっているが、本年度の収量調査では、洪積土で育てたイネの方が沖積土のものより穂重が高いという結果が得られた。このことから、イネは通常の栽培環境下におけるリン不足に対して、収量減になることなく適応する能力を持っている可能性が考えられた。
沖積土と洪積土で栽培した4品種ついて経時的な葉のマイクロアレイ解析を実施し、窒素とリンの栄養状態の変化を指標遺伝子のプロファイルから解析した。その結果、昨年と同様にタカナリにおいて窒素指標遺伝子のプロファイルが異なっていることが確認され、さらにIR64のリン指標遺伝子のプロファイルが他の3品種と異なることが明らかになった。コシヒカリとタカナリの戻し交雑自殖系統群を栽培し、窒素の栄養状態を示す１つの指標であるSPADを生育過程を通して連続的に測定した。その測定値を使ってQTL解析した結果、第2, 4, 9染色体にQTLが検出された。
生育過程を通して経時的にサンプリングした分げつ芽のマイクロアレイデータの解析を実施し、分げつ芽の伸長が止まる前と止まった後で発現が変化した遺伝子群は窒素欠乏条件で発現が変化することを示した。
生育過程で大きな栄養状態の変化が起きる時期から表現型が現れる3種類の突然変異体について、原品種と交配して作成したF2分離集団を利用した次世代シーケンス解析を行った。3種類の変異体のうち1つの変異体では第6染色体の候補領域に座乗する１つの遺伝子、リン代謝と糖代謝に関係すると思われる2つの遺伝子の近傍に変異が検出された。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
圃場条件で栽培したイネの経時的なトランスクリプトーム情報を基礎として栄養状態を可視化する遺伝子発現指標を見出し、さらにその指標を利用した解析から、窒素の栄養状態を中心とした、分げつ形成に必要なリンの要求反応の制御、さらに本年度の解析から分げつ芽伸長の制御、が明らかになった。このことから、野外水田のような複雑な環境条件下においても、生育過程の時間軸に沿って遺伝子の発現変化を解析することで、生理状態の変化を捉えることができるということを実証できたと考えている。また、その体内生理の動態変化に再現性のある品種間差が見出され、窒素の栄養状態の変化についてはQTLも検出された。ただし、生殖生長期移行の葉の栄養状態は穂形成による影響を大きく受けるため、出穂期が分離する集団を使った遺伝解析には工夫が必要であると考えられる。一方、4品種の生育過程を通したマイクロアレイ解析からジャポニカ品種とインディカ品種で明確な差が見られる遺伝子群を見出しており、その発現プロファイルから窒素やリンの栄養状態とは直接関係していない生理状態の差異である可能性が高いと考えている。本年度、3つの突然変異体の遺伝子特定のために、次世代シーケンサーを使った解析を行ったが、その結果、１つの変異体でマッピングによって絞り込んだ候補領域に関連性のありそうな変異が検出された。
本課題の進捗の中で、圃場で生育する作物を対象とした研究において、解析が困難な部分も見えてきたが、一方で新たな糸口も見てきている。そのため、これまでの進捗状況としては、概ね順調に進展していると判断した。
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| Strategy for Future Research Activity |
再現性を見るためにこれまでと同様の試験区の圃場にイネを栽培し、経時的な生育調査とサンプリング、さらに収量調査を実施する。また、これまでに解析した2種類の水田における4品種の経時的なマイクロアレイデータについて、ゲノムワイドな遺伝子発現プロファイルの比較だけでなく、共発現解析によって見出したモジュール等の動態変化を追うことで、窒素やリンの栄養状態以外の生理的な変化についても解析が可能であると考えている。また、特にジャポニカ品種とインディカ品種の差異に着目して、発現量に差があるモジュールについては、リアルタイムPCRなどによる定量解析を行う予定である。窒素の栄養状態の動態変化において見られた品種間差については、戻し交雑自殖系統群や染色体断片置換系統群を使った解析を通して見出されたQTLの再現性を確認する。
生育過程で大きな栄養状態の変化が起きる時期から表現型が現れる3種類の突然変異体については、原因遺伝子の特定を進めるとともに葉が健常である時期と枯れの表現型が出始める時期にマイクロアレイ解析を行い比較解析する。この解析で、リン代謝と糖代謝に関係があると考えられる遺伝子の近傍に変異が見られた変異体については、それら遺伝子の発現に影響があるかどうか調べることが可能であると考えている。また、すべての変異体についてゲノムワイドな遺伝子発現解析を実施することで、生育後半からこれらの変異体の葉が枯れる原因を探り、生育過程で起こる生理状態の変化について新たな知見が得られることを期待している。
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Research Products
(4 results)
