環境適応性を高める遺伝子スイッチを解明(Genetic switches for adaptability)

2025-08-11 マックス・プランク研究所

マックス・プランク植物育種研究所とデュッセルドルフ大学を中心とする国際チームは、トウモロコシの成長や環境適応を制御する「DNA調節領域(遺伝子発現スイッチ)」を大規模にマッピングする新手法を開発し、気候変動に強い作物育種の基盤を築いた。25種の多様なトウモロコシ交雑種を解析し、形質(草丈、葉形、乾燥・病害耐性)に影響する20万超の調節領域を特定。ゲノムの1%未満ながら遺伝的形質差の半分以上を説明する場合もあった。特に乾燥条件下で作動する3,500超のスイッチと関連遺伝子を同定し、母系・父系アレルを同時比較できる解析系を確立。これにより、遺伝子本体ではなく調節領域を標的とした精密育種が可能となり、環境適応性や収量向上を加速できる道が開かれた。

<関連情報>

転写因子結合部位における遺伝的変異は、トウモロコシの表現型遺伝率を主に説明する Genetic variation at transcription factor binding sites largely explains phenotypic heritability in maize

Julia Engelhorn,Samantha J. Snodgrass,Amelie Kok,Arun S. Seetharam,Michael Schneider,Tatjana Kiwit,Ayush Singh,Michael Banf,Duong Thi Hai Doan,Merritt Khaipho-Burch,Daniel E. Runcie,Victor A. Sánchez-Camargo,Rechien Bader,J. Vladimir Torres-Rodriguez,Guangchao Sun,Maike Stam,Fabio Fiorani,Sebastian Beier,James C. Schnable,Hank W. Bass,Matthew B. Hufford,Benjamin Stich,Wolf B. Frommer,Jeffrey Ross-Ibarra & Thomas Hartwig
Nature Genetics  Published:11 August 2025
DOI:https://doi.org/10.1038/s41588-025-02246-7

環境適応性を高める遺伝子スイッチを解明(Genetic switches for adaptability)

Abstract

Comprehensive maps of functional variation at transcription factor (TF) binding sites (cis-elements) are crucial for elucidating how genotype shapes phenotype. Here, we report the construction of a pan-cistrome of the maize leaf under well-watered and drought conditions. We quantified haplotype-specific TF footprints across a pan-genome of 25 maize hybrids and mapped over 200,000 variants, genetic, epigenetic, or both (termed binding quantitative trait loci (bQTL)), linked to cis-element occupancy. Three lines of evidence support the functional significance of bQTL: (1) coincidence with causative loci that regulate traits, including vgt1, ZmTRE1 and the MITE transposon near ZmNAC111 under drought; (2) bQTL allelic bias is shared between inbred parents and matches chromatin immunoprecipitation sequencing results; and (3) partitioning genetic variation across genomic regions demonstrates that bQTL capture the majority of heritable trait variation across ~72% of 143 phenotypes. Our study provides an auspicious approach to make functional cis-variation accessible at scale for genetic studies and targeted engineering of complex traits.

1202農芸化学
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