イネの茎を強くし倒れにくくする 茎を強くし倒れにくくする

報道関係者 各位
2016
2016
年 7 月 27 日
国立大学法人 東京農工大学
国立研究開発法人 農研機構
イネの茎を強くし倒れにくくする
イネの茎を強くし倒れにくくするゲノム領域
茎を強くし倒れにくくするゲノム領域を高精度に特定
ゲノム領域を高精度に特定
~スーパー台風に負けないイネ
スーパー台風に負けないイネ品種の
イネ品種の開発に道
品種の開発に道を開く
開発に道を開く~
を開く~
東京農工大学大学院農学研究院生物生産科学部門大川泰一郎教授は、農研機構(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山本敏央ユニット長との共同研究で、倒伏に強い次世代の
イネ品種を開発する目的で、ゲノムの一定領域のみが他方のゲノムに置き換わったイネ系統(染色体断
片置換系統)を用いて、強稈性(茎が強く倒れにくい性質、
”稈“はイネ科の茎)に関わる形質をコント
ロールするゲノム領域を高精度に特定することに成功しました。この成果により、今後、スーパー台風
に負けないイネ品種の開発、我が国および東南アジアをはじめとする世界の食料生産の増加、安定化に
貢献することが期待できます。本研究は、文部科学省科学研究費基盤研究(B)「台風に強いイネ品種開発
のための強稈・多収遺伝子の集積効果とその発現機構の解明」 (15H04442)、および農林水産省「ゲノム
情報を活用した農産物の次世代生産基盤技術の開発プロジェクト」(RBS-2003)の援助を受けて行われ
たものです。
本研究成果は、Scientific Reports(ロンドン時間 7 月 28 日午前 10 時:日本時間 7 月 28 日午後 6 時)
に掲載されます。報道解禁日:
に掲載されます。報道解禁日:7 月 28 日午後 6 時(日本時間)
掲載誌:Scientific Reports
論文名:Precise estimation of genome regions controlling lodging resistance using a set of reciprocal
chromosome segment substitution lines in rice
著者:T. Ookawa, R. Aoba, T. Yamamoto, T. Ueda, T. Takai, S. Fukuoka, T. Ando, S. Adachi, M. Matsuoka,
掲載
T. Ebitani, Y. Kato, I.W.Mulsanti, M. Kishii, M. Reynolds, F. Piñera, T. Kotake, S. Kawasaki,
T. Motobayashi and T. Hirasawa
URL http://www.nature.com/articles/srep30572
:
現状
イネは 8~9 月の登熟期を迎えると暴風雨などにより倒伏し、収量および品質の低下が大きな問題とな
ります。最近では地球環境変動とともにゲリラ豪雨が多発し大型台風の発生数が増加し、倒伏被害が拡
大しています。2015 年には大規模なエルニーニョ現象が発生、我が国では台風 15 号、台風 18 号の影響
でとくに九州、関東地方でイネの倒伏被害が大面積発生しました。2013 年にフィリピン、今年台湾で大
きな被害をもたらしたスーパー台風の上陸が東南アジアのみならず、将来はわが国でも多発すると予想
されています。
の増加、地球環境変動に して、将来にわたり生産量を増加し生産を安定化するた
めには、スーパー台風に する倒伏
性を えたイネ多収品種の開発が
となっています。
20 世 の「 の
」における倒伏
性の多収イネ品種の
は、ジ
リン合成遺伝子に変 が
る
性遺伝子 sd1 を 用した 稈化により成し
られてきました。この遺伝子の変 により化学
料を多く えても稈(茎)が びず、倒伏しにくくなりました。収
数、すなわ
物体 体の
イ
ス生産量に める の子 部 の 合を
度にまで高めることにより、
地面積 り収
量を高めてきました。し しながら、
性遺伝子は成長を
するため、 イ
ス生産
は さ
く、多収品種の
には 界が ると えられています。最近では、台風の 大型化によって
性の
品種の倒伏が東南アジアなどで問題となっています。スーパー台風が 発化する将来においては、
多収品種の倒伏
性の
的な 上が
となっています。
人口
対
紀 緑 革命
あ 半矮
利
肥
与
オマ
占 穂
か
改良 限
改良
抵抗 飛躍
抵抗
抵抗
対
備
短
遂げ
伸
実 分 割 半分程
半矮
あ 考
向 不可欠
1
改良
抑制
不可欠
ベレ
異
異
穫指
ち植 全 バ
単位土
当
バ オマ
能力 小
超
半矮
頻
研究体制
本研究は、東京農工大学大学院農学研究院、農研機構次世代作物開発研究センターとの共同研究で
しました。
施
実
研究成果
本研究では、コ
リなどの 本型の 食 品種 イン 型の多収品種の倒伏
性の
を目的
に、稈は いが稈の
に り稈を
にする
の い特性をも
本型のコ
リと、
に稈は いが
が くも い特性をも イン 型のタ
リとを
し、それ れにコ
リ るいはタ
リを し
することによって遺伝
がど ら の で、12 本の染色体の る
特定の領域 けがも 片方の の断片が り、 40 系統で染色体 体を
ーする染色体断片置換系統
(CSSLs)を用いて、強稈性を
する
形質を精度高く 定しゲノム領域を
で高精度に 定し、
さらに
領域の特定を行いました。
( )稈が いコ
リが遺伝
の染色体断片置換系統(K-CSSLs)を用いて、稈が いタ
リ
型の断片が ることによって稈が くなる領域を 3 5
染色体に、また に くなる領域を 1 2
11 12 染色体に 定しました。一方、稈が いタ
リが遺伝
の染色体断片置換系統(T-CSSLs)
を用いて、コ
リ型の断片が ることによって稈が くなる領域を 5
8 染色体に、また くな
る領域を 1 染色体に 定しました。これらのこと ら、 1 5
染色体に遺伝
に関 なく
で
共 して、稈の さをコントロールするゲノム領域が ることがわ りました( 1)
。 定された 1
染色体の領域 には
性遺伝子 sd1 が まれ、
染色体はタ
リと
品種
タ の SS の
行研究(Ookawa ら Nature Communications, 2010)ですでに
した稈の
増 を高め くする SCM2
(APO1)を
領域と一 することを
しました。
( ) 1 染色体長 で 定された領域を り み、コ
リ遺伝
でタ
リの sd1 を
8
の 断片をも
同質遺伝子系統(NIL-sd1)とタ
リ遺伝
でコ
リの SD1 を
8
の
断片をも NIL-SD1 を 成し、稈の さ の効果をそれ れの と
した 果、NIL-sd1 はコ
リに
て稈
が くなるのに して、NIL-SD1 はタ
リより稈
が くなり、
でこの領
域が稈の さをコントロールすることがわ りました。このこと ら、 の
で られる
性遺伝
子 sd1 は稈を くし強稈化には
しないが、一方で に SD1 は稈を くする強稈化に今後 用できる
性が
されました。
( ) れにくい稈質に関わる稈の
の いコ
リが遺伝
の K-CSSLs を用いて、
が いタ
リ型の断片が ることによってこの
が くなる領域を 2 9 染色体に、
に くなる領域を
染色体に 定しました。一方、
が いタ
リが遺伝
の T-CSSLs
を用いて、この
が いコ
リ型の断片が ることによってこの
が くなる領域を 1 2 3
8 9 11 染色体に 定しました。これらの 果 ら、 2 9 染色体に遺伝
に関 なく
で共
して
の さをコントロールするゲノム領域が ることがわ りました( 2)
。さらにタ
リ遺伝
で置換系統を 成し、 2 9 染色体の
を くし、
数を多くする
領域を 3
(イネゲノムの 0
の領域)にそれ れ り
ことに成功しました。
シヒカ
日
良 味 や ド
抵抗 改良
細
外側 あ
丈夫
皮層繊維組織 厚
つ日
シヒカ
逆
太 皮層繊維組織 薄 ろ
つ ド
カナ
交配
ぞ
シ
ヒカ あ
カナ 戻 交雑
背景 ち か 親
あ
だ
う
親
入 約
全 カバ
支配 重要
測
正逆
推
候補
1
細 シヒカ
背景
太 カナ
入
太
第 , ,6
逆 細
第,,
6, ,
推
太 カナ
背景
シヒカ
入
細
第 ,6,
太
第
推
か 第 , ,6
背景 係 正逆
通
太
あ
か
図 推
第
内 半矮
含
第6
カナ 兄弟 ハバ キ C Ls
先
単離
細胞 殖
太
含む
致
見出
2第
腕 推
絞 込 シヒカ
背景 カナ
含む 6 Kbp
小
つ準
カナ
背景 シヒカ
含む 6 Kbp
小
つ
育
太 へ
ぞ 親 比較 結
シヒ
カ 比べ 外径 細
対
カナ
外径 太
正逆
太
か
か 緑 革命 知
半矮
細
寄与
逆
太
利
可能 示唆
3 折
皮層繊維組織 厚 シヒカ
背景
皮
層繊維組織 薄 カナ
入
組織 薄
第,
逆
厚
第7
推
皮層繊維組織 薄 カナ
背景
組織 厚 シヒカ
入
組織 厚
第,,,
7, , ,
推
結 か 第,
背景 係 正逆
通 皮層繊維組織 厚
あ
か
図
カナ
背景
育 第,
皮層繊維組織 厚 細胞層
候補
Mbp 以内
.7%
ぞ 絞 込む
今後の展開
染色体断片置換系統を用いて、本研究で遺伝
に関 なく共 して特定された強稈性に関わる
形質の
領域をさらに り み、
遺伝子を同定することによって、効 的な倒伏
性品種の開
発が期待されます。今後、スーパー台風の被害が想定される我が国では、稈が く倒伏し すい 本型
の食用品種の倒伏
性の
けでなく、すでにスーパー台風の被害の大きい東南アジアなどで
され、稈は いが れ すい稈質をも イン 型の品種に 用することができ、我が国および東南アジ
アをはじめとする世界の食料生産の増加、安定化に貢献することが期待できます。イネで られた研究
成果は、同じく
性遺伝子を用いて品種
が行われてきたコム 、
ム など同じイネ科作物に
用することができ、世界の
作物の強稈化による倒伏
性の 上、収量増加および安定化に貢献
することが期待できます。今後は、国 の
研究機関と
しコ
リなど 食 用品種の倒伏
性を
するとともに、
の国 イネ研究 (IRRI)
、国 ト
ロコ ・コム 研究センター
(CIMMYT)など国 研究機関と
し、世界のイネ、コム 品種の倒伏
性の
を
する予定
です。
正逆
候補
適
抗
絞 込 原因
抵抗 改良だ
太 折 や
つ ド
半矮
改良
主要
内 試験
改良
海外 際
所
際
連携
背景
係
適
抵抗
連携
際
ギ
2
通
率
細
抵抗
や
日
栽培
得
ギ オオ ギ
向
シヒカ
良 味
ウモ シ
ギ
抵抗 改良 推進
抵
11 SKT- 24
11 SKT- 25
11 SKT- 26
11 SKT- 27
11 SKT- 28
11 SKT- 29
11 SKT- 30
11 SKT- 31
コシヒカリ
細稈
11 SKT- 32
11 SKT- 33
11 SKT- 34
11 SKT- 35
11 SKT- 36
11 SKT- 37
11 SKT- 38
11 SKT- 39
11 SKT- 40
11 SKT- 41
1
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B
B
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A A A A A A A A A
A A A A A A A A A
A A A A A A A A A
細稈
11 ST K-1 5
11 ST K-1 6
11 ST K-1 7
11 ST K-1 8
11 ST K-1 9
11 ST K-2 0
11 ST K-2 1
11 ST K-2 2
11 ST K-2 3
11 ST K-2 4
11 ST K-2 5
11 ST K-2 6
11 ST K-2 7
11 ST K-2 8
11 ST K-2 9
11 ST K-3 0
11 ST K-3 1
11 ST K-3 2
11 ST K-3 3
タカナリ
太稈
11 ST K-3 4
11 ST K-3 5
11 ST K-3 6
11 ST K-3 7
11 ST K-3 8
11 ST K-3 9
3
A
A
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Chr.2
3
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Chr.1
タカナリ遺伝背景
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コシヒカリ遺伝背景
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タカナリ
皮層繊維薄い
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A
A
A
A
A
A
A
A
RM 4584
R M 5 7 5 2 -1
RM 6728
RM 5436
RM 5499
RM 7273
R M 5 4 8 1 -1
RM 6394
RM 3826
RM 6420
R M 1 3 3 0 -1
RM 7601
11 S KT- 2 2
1
A
A
A
B
A
A
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A
A
A
A
A
A
A
A
A
A
A
A
RM 4584
R M 5 7 5 2 -1
RM 6728
RM 5436
RM 5499
RM 7273
R M 5 4 8 1 -1
RM 6394
RM 3826
RM 6420
R M 1 3 3 0 -1
RM 7601
11 S KT- 2 0
11 S KT- 2 1
1
A
A
A
B
A
A
A
A
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A
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A
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A
A
A
A
A
A
A
RM 6467
RM 3408
RM 5855
RM 3330
RM 2229
RM 7193
R M 1 3 4 0 -1
RM 5957
RM 6395
RM 1370
R M 5 4 6 3 -1
11 S KT- 1 9
1
A
A
B
B
A
A
A
A
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A
A
A
A
RM 6467
RM 3408
RM 5855
RM 3330
RM 2229
RM 7193
R M 1 3 4 0 -1
RM 5957
RM 6395
RM 1370
R M 5 4 6 3 -1
11 S KT- 1 7
11 S KT- 1 8
1
A
A
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A
A
RM 1248
R M 17836
RM 6034
R M 18222
RM 1115
R M 3 8 3 8 -1
RM 1386
RM 3295
RM 3476
RM 5784
RM 3286
11 S KT- 1 6
1
A
A
B
A
A
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A
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A
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A
RM 1248
RM 17836
RM 6034
RM 18222
RM 1115
R M 3 8 3 8 -1
RM 1386
RM 3295
RM 3476
RM 5784
RM 3286
11 S KT- 1 4
11 S KT- 1 5
1
A
B
B
A
A
A
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A
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A
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R M 16260
RM 5414
RM 1305
RM 5633
R M 16828
R M 1 3 5 9 -1
RM 3839
RM 1354
RM 3916
RM 3534
RM 5478
RM 5608
1 1 SK T- 8
1 1 SK T- 9
11 S KT- 1 3
1
B
B
A
A
A
A
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A
A
A
A
A
A
A
A
A
A
A
A
A
A
A
A
A
A
RM 16260
RM 5414
RM 1305
RM 5633
RM 16828
R M 1 3 5 9 -1
RM 3839
RM 1354
RM 3916
RM 3534
RM 5478
RM 5608
1 1 SK T- 7
11 S KT- 1 1
11 S KT- 1 2
1
B
B
A
A
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A
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A
A
A
A
A
R M 7 3 3 2 -3
RM 3372
RM 4683
RM 5442
RM 1371
RM 5748
RM 3204
RM 1334
RM 5488
RM 3513
RM 2334
R M 1 3 5 0 -1
RM 3199
RM 6970
RM 7389
1 1 SK T- 5
1 1 SK T- 6
11 S KT- 1 0
1
B
A
A
A
A
A
A
A
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A
A
A
A
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A
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A
A
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A
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A
A
A
A
A
A
A
R M 7 3 3 2 -3
RM 3372
RM 4683
RM 5442
RM 1371
RM 5748
RM 3204
RM 1334
RM 5488
RM 3513
RM 2334
R M 1 3 5 0 -1
RM 3199
RM 6970
RM 7389
1 1 SK T- 4
RM 6842
RM 7562
RM 4355
RM 5897
RM 5699
RM 1234
RM 5521
R M 1 2 1 1 -1
RM 1379
RM 3688
R M 3 5 1 5 -1
R M 6 9 3 3 -1
RM 3316
RM 3850
1 1 SK T- 2
1 1 SK T- 3
RM 6842
RM 7562
RM 4355
RM 5897
RM 5699
RM 1234
RM 5521
R M 1 2 1 1 -1
RM 1379
RM 3688
R M 3 5 1 5 -1
R M 6 9 3 3 -1
RM 3316
RM 3850
1 1 SK T- 1
RM 3252
RM 5423
G n 1 (O s C K X 2 -7 )
R M 1 2 8 7 -1
RM 5365
RM 5385
RM 1196
RM 7124
R M 1 2 9 7 -1
RM 6648
RM 7594
s d 1 (G A 2 0 o x 2 )
R M 5 7 9 4 -1
RM 6321
<K-CSSLs>
RM 3252
RM 5423
G n 1 (O s C K X 2 -7 )
R M 1 2 8 7 -1
RM 5365
RM 5385
RM 1196
RM 7124
R M 1 2 9 7 -1
RM 6648
RM 7594
sd 1 (G A 2 0 o x2 )
R M 5 7 9 4 -1
RM 6321
図1 正逆 CSSLs を用いた稈の太さをコントロールするゲノム領域.
オレンジ色はコシヒカリのゲノム領域、水色はタカナリのゲノム領域を示す.
第9染色体
8
B
B
B
B
B
B
B
B
B
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8
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8
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8
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8
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9
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9
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B
B
B
B
B
皮層
厚
図2 正逆 CSSLs を用いた稈の皮層繊維組織の厚さをコントロールする
ゲノム領域.
◆ 研究に関する問い合わせ◆
研究に関する問い合わせ◆
東京農工大学大学院農学研究院
生物生産科学部門
教授 大川 泰一郎(おお わ たいい
TEL/FAX 042 367 5672
E-mail [email protected]
: - -
:
3
か
ちろう)