技術開発 ［主な研究成果名］最適な遺伝子発現制御により収量を向上させた複合病害抵抗性イネの作製 ［要 約］イネの転写因子「WRKY45」を遺伝子組換えによって強く働かせると、イネが複数 の病害に対して抵抗性になったが、同時に収量が低下した。今回、WRKY45 を適 切な強さで働かせることにより、複数の病害に抵抗性を持ち、収量も良好なイネの 作製に成功した。 ［キ ー ワ ー ド］イネ、いもち病、抵抗性誘導剤、WRKY45、OsUbi7 プロモーター ［担 当］生物研 遺伝子組換え研究センター 耐病性作物研究開発ユニット ［連 絡 先］029-838-8383 ［背景・ねらい］ イネの収量は、糸状菌が原因であるいもち病や細菌が原因である白葉枯病など、様々な感染病の被 害によって低下する。WRKY45 は、プロベナゾールやベンゾチアジアゾールなどの抵抗性誘導剤の作 用に必須の役割を担う転写因子で、その遺伝子をイネにおいて過剰発現すると、いもち病および白葉 枯病を含む様々な病気に対して非常に強い抵抗性が付与され（複合抵抗性）、抵抗性誘導剤の散布が大 幅に軽減できる。しかしながら、通常用いられる強いプロモーター（P ZmUbi）で WRKY45 遺伝子を働か せると、イネの収量が低下することがわかっていた。本研究では、WRKY45 の実用利用に向け、様々 な強さのプロモーターを用いて WRKY45 遺伝子を発現させて最適化し、強い複合抵抗性と良好な収量 を両立させることを目指した。 ［成果の内容・特徴］ 1．発現レベルが異なる 16 種のイネ遺伝子の上流配列（2 kb）をそれぞれ WRKY45 cDNA の上流につな ぎ、イネに再導入して多数の形質転換体（T0 世代）を得た。これらのうち、いもち病抵抗性および 白葉枯病抵抗性の両者を示す系統を選んでホモ化した。 2．ホモ化した系統について、隔離温室内で生育および収量を調査した結果、P ZmUbi の約 10 分の 1 程度 の強さの「POsUbi7（OsUbi7 遺伝子由来のプロモーター）」を用いた WRKY45 発現系統の一部において、 複合病害抵抗性と収量のバランスが最良であった。 3．国内および国外（韓国、コロンビア）の野外隔離ほ場で収量評価を行い、P OsUbi7 による WRKY45 発 現イネは、生育や収量の低下がほとんどないことを確認した（図 1）。また、畑晩播法によって野外 でいもち病検定を行った場合も、強いいもち病抵抗性が確認された。 4．P OsUbi7 による WRKY45 発現イネは、4 種のいもち病菌レースおよび海外由来の系統を含む 6 種の白 葉枯病菌系統に対して顕著な耐病性効果を示したことから、系統非特異的に有効であることがわ かった（図 2）。 5．P ZmUbi による WRKY45 過剰発現イネと対照の日本晴イネとを、低温（8℃、7 日）にさらした後、通 常の温室条件に戻すと、日本晴イネはほとんどが正常な状態に回復したのに対して、WRKY45 過剰 発現イネのほとんどが枯死した（図 3）。また、高塩濃度（250 mM、3 日）処理でも同様の結果になっ た。ストレス条件において、P ZmUbi による WRKY45 過剰発現イネでは防御遺伝子（PR1 等）が転写 誘導されており、上記の現象との関連が推測された。一方、P OsUbi7 による WRKY45 発現イネは、ス トレス処理後、日本晴と同程度の回復を示した。このことから、P OsUbi7 の使用により環境因子高感 受性の問題も解決できることがわかった。 ［成果の活用上の留意点、波及効果、今後の展望等］ 1．WRKY45 イネの飼料用途での実用化を目指し、飼料用イネ品種に本研究で得られた最適な改良型 WRKY45 遺伝子を導入して優良系統の選抜を行っている。 2．今後、病原体の感染に応答するプロモーターを用い、WRKY45 イネの開発研究を進めることにより、 抵抗性誘導剤を使用する必要のない複合抵抗性イネの作製も期待できる。 3．海外の企業および団体から本技術への関心が寄せられている。 － 14 － ［具体的データ］ 図 1 コロンビアほ場での生育試験 WRKY45 を過剰発現するイネ（PZmUbi、写真右側 の 3 株）は生育や収量が悪くなり、実用化には 問 題 が あ っ た が、 適 切 な 量 に 発 現 さ せ る と （P OsUbi7、写真左側の 3 株）、生育や収量はもと のイネと同様だったため、実用化に向けた問題 点が解決された。 Ａ A B B ZmUbi 図 2 WRKY45 導入イネの病害抵抗性 対 照 の 日 本 晴（NB） お よ び WRKY45 過 剰 発 現 イ ネ （PZmUbi）、OsUbi7 プロモーター（POsUbi7）による WRKY45 発現イネを抵抗性検定に供試した。（A）いもち病抵抗 性。4 系統のいもち病菌について調べ、そのうち 2 系統 の結果を示す。 （B）白葉枯病抵抗性。6 系統の白葉枯病菌について調べ、 そのうち 3 系統の結果を示す。 OsUbi7 図 3 WRKY45 導入イネの低温感受性 対 照 の 日 本 晴 及 び WRKY45 過 剰 発 現 イ ネ （P ZmUbi）、OsUbi7 プ ロ モ ー タ ー に よ る WRKY45 発現イネ（P OsUbi7）を 8℃で低温処 理し、温室に戻した。P ZmUbi イネの多くは枯 死したが、P OsUbi7 イネは、日本晴と同様ほと んどすべて回復した。 ［その他］ 研究課題名：WRKY45 の過剰発現による細菌病・糸状菌病に対する複合抵抗性飼料イネの開発 中期計画課題コード：2-22 研究期間：2008 ～ 2014 年度 研究担当者：高辻博志、後藤新悟、下田（笹倉）芙裕子、末次舞、Michael Gomez Selvaraj、林長生、 石谷学、霜野真幸、菅野正治、松下茜、七夕高也 発表論文等： 1）Goto S, Sasakura-Shimoda F, Suetsugu M, Selvaraj M.G, Hayashi N, Yamazaki M, Ishitani M, Shimono M, Sugano S, Matsushita A, Tanabata T, Takatsuji H（2014）Development of disease-resistant rice by optimized expression of WRKY45 Plant Biotechnology Journal DOI：10.1111/pbi.12303 2）高辻博志、後藤新悟「農業形質を最適化した複合病害抵抗性単子葉植物」WO2012/121093 － 15 －
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