① 農業生物のゲノム解読の推進とゲノムリソースの拡充・高度化

① 農業生物のゲノム解読の推進とゲノムリソースの拡充・高度化

課題番号2013023124
研究機関名農業生物資源研究所
研究期間2011-2015
年度2013
研究問題1.画期的な農作物や家畜等の開発を支える研究基盤の整備
大課題(2)農業生物のゲノムリソース・情報基盤の整備・高度化
中課題① 農業生物のゲノム解読の推進とゲノムリソースの拡充・高度化
大項目第2 国民に対して提供するサービスその他の業務の質の向上に関する目標を達成するためとるべき措置
中項目1.試験及び研究並びに調査
摘要1.コムギ6B染色体の約700個のBACコンティグ(6Bの91%をカバー)を染色体上に整列させるために、アンカーマーカーを用いて連鎖解 析及びRadiation Hybrid(RH)マッピングを行った結果、約200マーカーからなる連鎖地図及び約500マーカーからなるRHマップが構築され、全体の81%をカバーするBACコンティグを整列化することができた。また、8,544個のMTPクローンについての超高速シーケンサーによる 塩基配列解読を終了し、現在、配列アセンブルを行っている。
2.コムギ6B染色体について、染色体特異的なショットガンシークエンスにより概要塩基配列を決定した。アセンブルの結果、短腕(6BS )と長腕(6BL)のそれぞれ 56%及び55%をカバーする235 Mb及び273 Mbの塩基配列が得られた。配列のそれぞれ77%及び86%は反復配列 で占められていた。また、コムギの遺伝子発現データを基に、4,798の遺伝子座を予測し、他のイネ科植物遺伝子との比較解析を行った。 配列データは、プロジェクトウェブサイトKomugiGSP (http:// komugigsp.dna.affrc.go.jp/index.html)から公開した。この概要配列情報は、6B染色体特異的マーカーの作成や6B染色体座乗の遺伝子単離に利用できる。
3.イネ遺伝子の機能解析やゲノム育種のために、多様性情報の獲得は重要である。NGSによるアウス品種カサラス全ゲノムの塩基配列解 読を実施し、de novoアセンブリにより、pseudomolecule配列を構築した。また、RNA-Seq解析により、35,139個の遺伝子を予測した。特に、日本晴のリファレンス配列にマッピングできないカサラスの塩基配列が延べ48 Mb見つかり、品種特異的なゲノム領域の存在とその組成 に関して詳細な情報(発現遺伝子や反復塩基配列等)を明らかにした。この配列情報は、多様なイネ品種の参照配列として利用価値が高い。
4.コムギの有用形質遺伝子の単離や解析に有効な基盤として、突然変異系統群の作出と、変異体のハイスループットな検出手法の確立に関する研究に着手した。「きたほなみ」を原品種としてγ線により突然変異を誘発したM2集団(2,542系統)を栽培し、各系統よりのDNAを抽出するとともに、M3種子を採種した。また、2,542系統中176系統で表現型変異が観察された。
5.イネにおける新たな高密度変異体リソースを開発する目的で、メチルニトロソウレア(MNU)処理で作成したコシヒカリ変異体M1約4,000個体の育成、サンプリング及びM2種子の確保を行った。また、MNU処理で生じたSNPを検出するシステム(プロトタイプ)を開発した。
6.ソルガムのモチ形質について、NIASソルガムコアコレクションを用い、モチ性の原因遺伝子であるwaxy遺伝子の解析を行った。その結果、遺伝子のスプライシング異常が原因とみられる新規アリルを見出し、waxy cと名付けた。このアリルは台湾と沖縄、長崎の在来品種で見出されており、日本へのソルガムの伝播経路の特定に有用な情報となった。
7.オオムギ六条性遺伝子Vrs4を単離した。Vrs4は3小穂、1小花の両方の数が増えないように制御する遺伝子である。Vrs4はLOBドメイ ン及びRA2ドメインを持つ転写因子をコードし、幼穂発達の最初のステージで明瞭な発現が観察された。これらの結果から、Vrs4が生物研 で以前単離された遺伝子Vrs1を制御する遺伝子であることが証明された。
8.イネにおいて人工ヌクレアーゼTALENを恒常的に発現させるベクターをアグロバクテリウムを介してカルスに導入し、カルスにおいて 標的遺伝子に変異が生じたことを確認し、さらに変異の入った再分化植物体を得た。変異は、次世代に安定に伝達された。また、非相同末端結合に関与するLig4遺伝子の変異体イネカルスにおいてTALENを発現させると、変異導入効率が高くなることが明らかになった。
9.イネの標的組換えにおける、昆虫のトランスポゾンpiggyBacの有効性を検証した。具体的には、イネにおいてポジティブ・ネガティブ選抜を利用した標的組換え実験を行い、PCR法により標的組換え細胞を同定し、続いてポジティブ選抜マーカー遺伝子をpiggyBacの転移に よって除去することにより、必要な変異のみをイネに残すことに成功した。したがって、piggyBacは標的組換え後に、マーカー遺伝子を跡形なく除去する上で有効であることが明らかとなった。
10.形質転換効率の低い植物においても標的組換えを可能にするため、標的組換えに用いる鋳型を細胞外から供給するのではなく、誘導的に染色体から切り出す実験法を考案した。この実験系が成立するかを検証するためモデル標的組換え系をシロイヌナズナで構築し、検証実験を実施した。その結果、鋳型をメガヌクレアーゼI-SceIで切りだし、標的遺伝子もI-SceI で切断することにより、芽生えにおいて標 的組換えを示すルシフェラーゼの発現が観察された。
11.トビイロウンカ殺虫剤抵抗性関連遺伝子の探索のため遺伝解析を進めた。異なる抵抗性様式を持つと考えられる日産系統及びベトナム系統について各々感受性の出雲系統と交配したF2集団を構築した。今年度はより強い抵抗性を示すベトナム系統についてF2各個体の抵抗性を評価し、抵抗性個体を解析対象として、SSR及びSNPによる連鎖解析を進めている。
12.アワノメイガ属での食性進化と性フェロモン受容機構との関連性の解明を目指し、超高速シーケンサーを用いてアワノメイガのゲノム塩基配列を決定し、アセンブルの結果、約511Mbのcontig又はscaffoldを得た。また、ヨーロッパアワノメイガ、アワノメイガ及びウス ジロキノメイガのフェロモン受容体とフェロモン結合タンパク質遺伝子領域全体のゲノム塩基配列を正確に決定し、フェロモン受容体遺伝子クラスターでは3種間で遺伝子構成に違いがあり、重複により生じた遺伝子がその後の欠失や不活化によりさらに多様化を進めていることが示唆された。
13.ゲノムリソースの収集・保存・管理・提供体制の維持・運営については今年度もイネ、ブタ、カイコ等の研究リソースの適切な保存・管理・提供を実施した。本年度の配布実績としては、イネ完全長cDNAを142点(依頼件数:40)、Tos17突然変異体系統を419点(依頼件 数:73)、遺伝解析材料 42集団(依頼件数:19)の分譲依頼に対応し、適切に配布した。
14.他の農業関係研究開発独立行政法人、府県の農業試験場等との共同研究によって、イネ、トウモロコシ、リンゴ、ニホングリ、スギ、水田雑草コナギ、食用きのこ、ウシ病原細菌、ウシセルロース分解細菌、乳酸菌、イネいもち病菌、キク、カーネーション等について研究支援を行い、農業生物のゲノム解析の推進を図っている。
研究分担長村 吉晃
アントニオ バルタザール
宮尾 安藝雄
佐藤 豊
半田 裕一
菊池 尚志
小松田 隆夫
川東 広幸
水野 浩志
大野 陽子
小林 史典
山本 公子
安河内 祐二
末次 克行
木原 眞実
上樂 明也
土岐 精一
岸本 直己
土生 芳樹
宮原 研三
協力分担関係クミアイ化学
筑波大学
京都大学
(独)産業技術総合研究所
西南大学(中国)
東京大学
予算区分技会交付金研究 イノベーション創出事業 農林水産業・食品産業科学技術研究推進事業 委託プロ[次世代ゲノム基盤プロ] 委託プロ[ゲノム情報データベース整備] 文科省[科研費] 文科省・JST競争的資金
業績(1)Periodic Wnt1 expression in response to ecdysteroid generates twin-spot markings on caterpillars
(2)Identification of key uric acid synthesis pathway in a unique mutant silkworm Bombyx mori model of Parkinson’s disease
(3)CAD2 deficiency causes both brown midrib and gold hull and internode phenotypes in Oryza sativa L. cv. Nipponbare
(4)Comparative transcriptome profiles of the WRKY gene family under control, hormone-treated, and drought conditions in near-isogenic rice lines reveal differential, tissue specific gene activation
(5)Transposon Insertion Finder (TIF): a novel program for detection of de novo transpositions of transposable elements
(6)A study on ‘genomewide selection’ for maize (Zea mays L.) breeding in Japanese public sectors: Single nucleotide polymorphisms observed among parental inbred lines
(7)A novel third chromosomal locus controls susceptibility to Autographa californica multiple nucleopolyhedrovirus in the silkworm, Bombyx mori
(8)プラスミド安定化領域を持つバイナリーベクターによる組換えポプラ作出法の開発
(9)DNA replication arrest leads to enhanced homologous recombination and cell death in meristems of rice OsRecQl4 mutants
(10)Phytochrome C is a key factor controlling long-day flowering in barley
(11)A BAC physical map of aus rice cultivar ‘Kasalath’, and the map-based genomic sequence of ‘Kasalath’ chromosome 1
(12)Identification of transcription factors involved in rice secondary cell wall formation
(13)Identification of an AP2 gene related to open flowering in diploid wheat (Triticum monococcum)
(14)A mutated cytosine deaminase gene, codA (D314A), as an efficient negative selection marker for gene targeting in rice
(15)Homologous pairing activities of two rice RAD51 proteins, RAD51A1 and RAD51A2
(16)Comparison of long-term up-regulated genes during induction of freezing tolerance by cold and ABA in bromegrass cell cultures revealed by microarray analyses
(17)A novel waxy allele in sorghum landraces in East Asia
(18)Simultaneous transcriptome analysis of sorghum and Bipolaris sorghicola by using RNA-seq in combination with De Novo transcriptome assembly
(19)Six-rowed spike4 (Vrs4) controls spikelet determinacy and row-type in barley
(20)Variation in the wheat AP2 homoeologs, the genes underlying lodicule development
(21)Relationship between gene responses and symptoms induced by Rice grassy stunt virus
(22)Function of xyloglucan endotransglucosylase/hydrolases in rice
(23)Suppression of cell wall-related genes associated with stunting of Oryza glaberrima infected with Rice tungro spherical virus
(24)Construction of pseudomolecule sequences of the aus rice cultivar Kasalath for comparative genomics of Asian cultivated rice
(25)A novel rice cytochrome P450 gene, CYP72A31, confers tolerance to acetolactate synthase-inhibiting herbicides in rice and Arabidopsis
(26)Genetic, physiological, and gene expression analyses reveal that multiple QTL enhance yield of rice mega-variety IR64 under drought
(27)Herbicide-resistant mutations in acetolactate synthase can reduce feedback inhibition and lead to accumulation of branched-chain amino acids
(28)Segregation distortion caused by weak hybrid necrosis in recombinant inbred lines of common wheat
(29)Precise marker excision system using an animal-derived piggyBac transposon in plants
(30)Identification of quantitative trait loci for abscisic acid responsiveness in the D-genome of hexaploid wheat
(31)Large scale full-length cDNA sequencing reveals a unique genomic landscape in a lepidopteran model insect, Bombyx mori
(32)アポミクシス性特異的遺伝子の機能解析−Floral dip法によるASG-1遺伝子導入と組換えシロイヌナズナの作出−
(33)A major quantitative trait locus for cold-responsive gene expression is linked to frost-resistance gene Fr-A2 in common wheat
(34)Disruption of a rice gene for α-glucan water dikinase, OsGWD1, leads to hyperaccumulation of starch in leaves but exhibits limited effects on growth
(35)Survey of genes involved in rice secondary cell wall formation through a co-expression network
(36)Transcriptome analysis of barley identifies heat shock and HD-Zip I transcription factors up-regulated in response to multiple abiotic stresses
(37)Next-generation survey sequencing and the molecular organization of wheat chromosome 6B
(38)RICE SALT SENSITIVE3 forms a ternary complex with JAZ and class-C bHLH factors and regulates jasmonate-induced gene expression and root cell elongation
(39)イネ完全長cDNA過剰発現(FOX)イネ系統群に導入された遺伝子同定のための包括的かつ効率的なゲノミックPCR解析
(40)Strigolactone and cytokinin act antagonistically in regulating rice mesocotyl elongation in darkness
(41)FISH identification of Helicoverpa armigera and Mamestra brassicae chromosomes by BAC and fosmid probes
(42)Preparation of Phi29 DNA polymerase free of amplifiable DNA using ethidium monoazide, an ultraviolet-free light-emitting diode lamp and trehalose
(43)KONAGAbase: a genomic and transcriptomic database for the diamondback moth, Plutella xylostella
(44)bex-db: Bioinformatics workbench for comprehensive analysis of barley-expressed genes
(45)COLLAPSED ABNORMAL POLLEN1 gene encoding the arabinokinase-like protein is involved in pollen development in rice
(46)Genetic control of inflorescence architecture during rice domestication
(47)An alternative mechanism for cleistogamy in barley
(48)Roles of pollen-specific boron efflux transporter, OsBOR4, in the rice fertilization process
(49)Embryonic thermosensitive TRPA1 determines transgenerational diapause phenotype of the silkworm, Bombyx mori
(50)Diversity in the complexity of phosphate starvation transcriptomes among rice cultivars based on RNA-Seq profiles
(51)Increase in cellulose accumulation and improvement of saccharification by overexpression of arabinofuranosidase in rice
(52)Ubiquitin ligase EL5 maintains the viability of root meristems by influencing cytokinin-mediated nitrogen effects in rice
(53)新規癌マーカーおよびその用途
(54)塩基配列決定プログラム、塩基配列決定装置および塩基配列決定方法
(55)小麦種子休眠性に関与するMFT遺伝子及びその利用
(56)冠水応答関連遺伝子及びその利用
(57)新規癌マーカーおよびその用途
パーマリンクhttps://agriknowledge.affrc.go.jp/RN/3030203651
収録データベース研究課題データベース

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