③ 作物ゲノム育種研究基盤の高度化

③ 作物ゲノム育種研究基盤の高度化

課題番号2014025633
研究機関名農業生物資源研究所
研究期間2011-2015
年度2014
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③ 作物ゲノム育種研究基盤の高度化
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. 日本で育成された多収の飼料イネ品種のゲノム構造を識別するSNPセット(1,152 SNPs)を作成してゲノム構造を調査した結果、同品種群は温帯日本型、インド型、中間型に分類された。中間型品種群における温帯日本型及びインド型の各優占アリルの頻度は、ゲノム全体ではそれぞれ中間の値を示していたがその分布は偏っていた。このため、日本の多収イネの収量性向上に貢献したインド型ゲノム領域が検出可能と考え、インド型品種に由来する優占アリルの頻度が高いゲノム領域に限定したゲノムワイド連関解析を実施した。その結果、出穂期と連動しながら玄米面積や千粒重を増加させる領域を第7染色体に見いだすと同時に、いもち病抵抗性などの他形質においても有意な関連がみられる領域が第12染色体などに見いだし、これらが日本における多収イネ品種の育成過程で選抜されたゲノム領域である可能性を示した。
2. イネ品種「北海188号」に存在し、重要病害いもち病に対して量的であるが持続性の高い抵抗性を付与するPi35遺伝子をマップベースクローニングにより特定し、その機能を調べた。その結果、Pi35はNBS-LRRタンパク質をコードしており、いもち病菌のレースに特異的なPish遺伝子の対立遺伝子であった。Pishが一部の菌株にのみ抵抗性を示すのに対し、Pi35は、供試した我が国のいもち病菌のすべてに対して抵抗性を示した。この違いは両遺伝子間の6個のアミノ酸変異のいずれかが原因と考えられた。そこで、Pish-Pi35キメラ遺伝子の解析を行いて原因となる変異を調査した結果、LRR領域の変異だけでも抵抗性は向上するが、不十分であり、複数のアミノ酸変異が組み合わさることで、Pi35の実用的な抵抗性が生み出されていることがわかった。
3. 日本で最も高い収量性を示すインド型イネ品種「タカナリ」と日本で最も広く栽培されている良食味イネ品種「コシヒカリ」の交配後代から正逆CSSLs(染色体断片置換系統群)を作出し、2か年にわたる生産力検定試験によって子実収量及び収量構成要素を網羅的に調査した。その結果、コシヒカリ遺伝背景で48か所、タカナリ遺伝背景で47か所の収量関連QTLが見いだされ、それらの多くはシンクサイズ(穂数や籾数)とソース能(稔実率や千粒重)の間に顕著なトレードオフが見いだされた。またQTLの多くは遺伝背景によって異なる場所に検出されることから、収量性のQTL間にはエピスタシス(上位性)が存在することが明らかとなった。多収及び良食味の代表品種間で見いだされた収量性に関するQTL情報は、食味と収量を兼ね備えた日本の水稲の育種において重要な知見となる。
4. 次世代シーケンサーにより解読したダイズ16品種の塩基配列データと米国品種「Williams 82」の参照配列との比較から品種あたり平均120万か所のSNPを検出した。日本品種13品種のなかでは「金川早生」が最もSNPが多く、「トヨハルカ」が最も少なかった。塩基配列データとSNPデータは国産ダイズ品種に特化したデータベース「DAIZUbase」へ格納し、ゲノムブラウザGbrowseによる視覚化を行った。検出したSNP情報は重要形質である開花関連遺伝子などの遺伝子型の判別に有効であった。
5. 病害虫抵抗性などを持つ有用な遺伝資源である「Peking」の染色体断片を、国産品種の「エンレイ」へ戻し交配によって導入した103系統からなるCSSLsを整備した。これらCSSLsの開花期を評価したところ、既知の開花関連遺伝子(E1、E2、E3)や新規のQTL(FT-H、FT-B1)が座乗する染色体断片の有無に応じて開花期が変化することを確認した。また、遺伝効果の小さいQTL(FT-J)についても表現型で差を検出することが可能であった。配布に備えて、マーカー選抜を進めたBC5F1の自殖後代を育成し、種子を採集した。
6. 国内8か所で評価されたダイズミニコアコレクション192系統の開花期や成熟期に関するデータについて、6,144か所のSNPの遺伝子型情報を用いてゲノムワイド関連解析(GWAS:Genome Wide Association Study)を行った。既知の開花関連遺伝子(E1、E2、E3)やQTL(FT-H、FT-B1)以外に、開花期については新たに3つの遺伝因子、成熟期については4つの遺伝因子を検出し、これら遺伝因子の選抜モデルに利用可能なSNPマーカーを検出した。これらの情報を用いてゲノミックセレクション用のトレーニング集団の開花期及び成熟期の予測モデルを作成した。
7. ダイズの収量性の向上と安定を目指して、納豆用品種と普通品種や多粒莢品種と米国品種などから作出した組換え自殖系統(RILs:Recombinant Inbred Lines)を複数の環境で栽培し、個体あたり莢数、一莢内粒数、百粒重などの収量構成要素を調査した。それらの形質に対して安定した効果を示す複数のQTLを検出した。その結果、納豆用品種は一莢内粒数や莢数に関わるQTLの集積により、100粒重を低下させていると考えられた。一方、多粒莢品種からは一莢内粒数に関わる3つのQTLを検出し、さらに米国品種が持っている一莢内粒数のQTLを集積することで、ダイズではほとんど観察されない5粒莢が高頻度に出現することを明らかにした。また、病虫害抵抗性、開花・成熟期、草型、品質などの重要形質について原因遺伝子の座乗領域の絞り込みを進めた。さらに、他の独立行政法人、道府県の農業試験場、大学等との共同研究によって、重要形質の遺伝解析と原因遺伝子の同定、DNAマーカー選抜育種を推進した。なかでも、(独)農業・食品産業技術総合研究機構などと共同でコンバイン収穫適性に関わる難裂莢性の原因遺伝子pdh1を同定した。
研究分担山本 敏央
杉本 和彦
福岡 修一
米丸 淳一
福田 篤徳
溝淵 律子
山内 歌子
宇賀 優作
堀 清純
上田 忠正
石本 政男
田口 文緒
加賀 秋人
佐山 貴司
協力分担関係理化学研究所
農業・食品産業技術総合研究機構
北海道大学
香川大学
予算区分技会交付金研究 農林水産業・食品産業科学技術研究推進事業 委託プロ・バリューチェーン[次世代ゲノム] 委託プロ・生産現場[生産環境] 文科省[科研費] 文科省・JST競争的資金 その他
業績(1)Variation in root development response to flooding among 92 soybean lines during early growth stages
(2)Genetic mechanisms underlying yield potential in the rice high-yielding cultivar Takanari, based on reciprocal chromosome segment substitution lines
(3)Fine mapping of RBG2, a quantitative trait locus for resistance to Burkholderia glumae, on rice chromosome 1
(4)RCN1/OsABCG5, an ATP-binding cassette (ABC) transporter, is required for hypodermal suberization of roots in rice (Oryza sativa)
(5)Quantitative trait loci associated with lodging tolerance in soybean cultivar ‘Toyoharuka’
(6)The soybean mycorrhiza-inducible phosphate transporter gene, GmPT7, also shows localized expression at the tips of vein endings of senescent leaves
(7)Field assessment of resistance QTL to common cutworm (Spodoptera litura Fabricius) in soybean
(8)Confirming a major QTL and finding additional loci responsible for field resistance to brown spot(Bipolaris oryzae) in rice
(9)Fine mapping of a major quantitative trait locus, qLG-9, that controls seed longevity in rice (Oryza sativa L.)
(10)Stable accumulation of seed storage proteins containing vaccine peptides in transgenic soybean seeds
(11)A QTL for root growth angle on rice chromosome 7 is involved in the genetic pathway of DEEPER ROOTING 1
(12)Metabolome-genome-wide association study dissects genetic architecture for generating natural variation in rice secondary metabolism
(13)A thaumatin-like protein, Rj4, controls nodule symbiotic specificity in soybean
(14)Genomic regions involved in yield potential detected by genome-wide association analysis in Japanese high-yielding rice cultivars
(15)Deep rooting conferred by DEEPER ROOTING 1 enhances rice yield in paddy fields
(16)Mapping of quantitative trait loci associated with terminal raceme length in soybean
(17)Major QTLs associated with green stem disorder insensitivity of soybean (Glycine max (L.) Merr.)
(18)Molecular basis of a shattering resistance boosting global dissemination of soybean
(19)Stability verification of the effects of stem determination and earliness of flowering on green stem disorder of soybean against genetic background and environment
(20)Multiple functional polymorphisms in a single disease resistance gene in rice enhance durable resistance to blast
(21)From laboratory to field: OsNRAMP5-knockdown rice is a promising candidate for Cd phytoremediation in paddy fields
(22)Hybrid breakdown caused by epistasis-based recessive incompatibility in a cross of rice (Oryza sativa L.)
(23)Genomic prediction of biological shape: Elliptic Fourier analysis and kernel partial least squares (PLS) regression applied to grain shape prediction in rice (Oryza sativa L.)
(24)Gene pyramiding enhances durable blast disease resistance in rice
(25)A major and stable QTL associated with seed weight in soybean across multiple environments and genetic backgrounds
(26)Mapping of a QTL for field resistance to blast (Pyricularia oryzae Cavara) in Ingngoppor-tinawon, a rice (Oryza sativa L.) landrace from the Philippines
(27)Increased lodging resistance in long-culm, low-lignin gh2 rice for improved feed and bioenergy production
(28)Identification of quantitative trait loci associated with boiled seed hardness in soybean
(29)Isolation of a novel lodging resistance QTL gene involved in strigolactone signaling and its pyramiding with a QTL gene involved in another mechanism
(30)Seed yield and its components of indeterminate and determinate lines in recombinant inbred lines of soybean
(31)QTLs underlying natural variation of root growth angle among rice cultivars with the same functional allele of DEEPER ROOTING 1
(32)Chromosomal locations of a gene underlying heat-accelerated brown spot formation and its suppressor genes in rice
(33)コシヒカリHT
(34)Leaf photosynthesis and its genetic improvement from the perspective of energy flow and CO2 diffusion
(35)Effect of advanced intercrossing on genome structure and on the power to detect linked quantitative trait loci in a multi-parent population: a simulation study in rice
(36)Early-maturing and chilling-tolerant soybean lines derived from crosses between Japanese and Polish cultivars
(37)Expression level of the sodium transporter gene OsHKT2;1 determines sodium accumulation of rice cultivars under potassium-deficient conditions
(38)イネいもち病圃場抵抗性遺伝子Pi35(t)とその利用
(39)植物の深根性を制御する遺伝子Dro1とその利用
パーマリンクhttps://agriknowledge.affrc.go.jp/RN/3030217192
収録データベース研究課題データベース

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