イネの種(しゅ)の壁をつくる遺伝子の同定と機能改変に成功

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異種間交配を利用したイネの品種改良に期待

平成30年2月15日 北海道大学大学院農学研究院 京都大学大学院農学研究科
京都大学白眉センター 国立研究開発法人 国際農林水産業研究センター

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 ポイント

  • イネの品種改良を妨げる「雑種のたねみのらせない」遺伝子の機能を,突然変異の誘発により改変。
  • イネの雑種のたねを稔らせない性質(雑種不稔ふねん性)に関わる新たな遺伝子を同定。
  • 異種間交配の障害を取り除くことで,新たなイネ品種の育成に期待。

 概要

北海道大学大学院農学研究院の小出陽平助教(前 京都大学白眉センター特定助教),金澤 章准教授,国立研究開発法人国際農林水産業研究センターの福田善通主任研究員,京都大学大学院農学研究科の奥本 裕教授らの研究グループは,突然変異育種法を用いて,イネのしゅの壁を構成する遺伝子を人為的に改変することに成功しました。

イネには日本人の主食であるアジアイネの他に,アフリカイネというしゅが存在します。このアフリカイネは,アジアイネが持たない,高温などの不良環境に対する耐性を与える有用な遺伝子を持っており,品種育成への利用が望まれています。しかし,アジアイネとアフリカイネの交配によってできた雑種植物には種子が稔らず,子孫を得ることができません。この現象は「雑種不稔」と呼ばれ,アフリカイネを品種改良に利用することを妨げています。

本研究では,雑種不稔の原因の一つであるS1遺伝子座*1に着目し,突然変異を誘発することにより,S1遺伝子座による雑種不稔が生じない変異体を得ることに成功しました。この変異体を調べることにより,S1遺伝子座は,ペプチダーゼ*2様ドメイン保持タンパク質と呼ばれるタンパク質を作り出すSSP遺伝子などの複数の遺伝子で構成されていることが明らかになりました。また,SSP遺伝子はアジアイネには存在しておらず,ユニークな進化を経ていることが示唆されました。

今後,この変異体を用いることで,アフリカイネとアジアイネの異種間交配を利用した新たなイネ品種が育成されることが期待されます。

なお,本研究成果は,米国東部時間2018年2月14日(水)にProceedings of National Academy of Sciences of the United States of America誌(米国科学アカデミー紀要)に掲載されました

アジアイネ(上),アジアイネとアフリカイネの雑種(中),アフリカイネ(下)。雑種は籾はあるが稔らない。

アジアイネ(上),アジアイネとアフリカイネの雑種(中),アフリカイネ(下)。雑種は籾はあるが稔らない。

 背景

人口増加に伴う食料問題に対応するため,開発途上国での食料の安定生産技術の開発が求められています。また,気候変動などによる栽培環境の変化に適応できる作物の品種を作り出すことが,重要な課題となっています。小出助教らの研究グループはこれまでに,日本人にはなじみの薄いアフリカイネ(Oryza glaberrima)というしゅを用いて,イネの生産性の向上に関わる研究を行ってきました。その結果,アフリカイネはアジアイネ(Oryza sativa)が持たないストレス耐性遺伝子など,農業上有用な遺伝子を持つことが明らかになりました。

しかし,このアフリカイネをすぐに品種改良に利用することはできません。なぜなら,アフリカイネとアジアイネの交配では,交配種子はできるものの,交配種子を育てて得られた雑種には種子がほとんど稔らないからです。雑種が種子をつけない現象は「雑種不稔性」と呼ばれ,イネではしゅの交わり合いを防ぐ壁として存在していると考えられます。この雑種不稔性にS1という遺伝子座が深く関わることが,日本の遺伝学者により1970年代に明らかにされていましたが,その実体は解明されていませんでした。

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