胞子体型の開葯しない激レア・高ニーズな細胞質雄性不稔性イネの分子基盤解明

阐明孢子体的分子基础，这是极其罕见且急需的不开放花药的细胞质雄性不育水稻

基本信息

批准号：
21H02161
负责人：
鳥山欽哉
金额：
$ 11.23万
依托单位：
Tohoku University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
财政年份：
2021
资助国家：
日本
起止时间：
2021-04-01 至 2024-03-31
项目状态：
已结题

来源：
https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-21H02161/
关键词：
育種学遺伝学遺伝子ゲノム植物

项目摘要

我々はインディカ品種Tadukanに由来する胞子体型のCMS /RF系統を見いだしている。本研究では、このTadukanに由来するCMS /RF系統について、ミトコンドリアのCMS原因遺伝子の同定とゲノム編集を用いた証明、及び、稔性回復遺伝子のマップベースクローニングを行い、雄性不稔・稔性回復の分子基盤を明らかにすることを目的としている。CMS原因遺伝子の同定：Tadukanミトコンドリアの全ゲノムの塩基配列を決定し、日本晴に無いorfを探索したところ、orf312を発見した。このorf312はWA型CMSの原因遺伝子であるWA352の後半部分と類似していた。また、減数分裂期と開花期の葯で発現しており、稔性回復遺伝子が存在すると、その転写量が減少することを発見した。これより、orf312がCMS原遺伝子の最有力候補とした。Tadukan由来CMS系統のorf312をゲノム編集技術の一つであるmitoTALENを用いてノックアウトし、稔性が回復することを明らかにして、orf312がCMS原因遺伝子であることを証明した。稔性回復遺伝子のマップベースクローニング：Tadukanに台中65号を戻し交雑する過程において、稔性のある個体を選抜して、稔性回復系統を作出した。ファインマッピングと全ゲノム塩基配列解析（Whole Genome Sequencing）を行い、稔性回復遺伝子(Rf)候補を６個同定し、それらのゲノム断片をクローニングして、相補性試験用のベクターを構築して、CMS系統に遺伝子導入を開始した。現在再分化植物が得られている。胞子体型の開葯しない葯のメカニズム解明：減数分裂期から開花期までの葯の切片を作成し、形態観察を行なった。葯の裂開に関わるセプタムのギャップが見られないことがわかった。

我们发现了一个孢子形的CMS/RF谱系，该谱系源自indica品种tadukan。这项研究旨在鉴定和证明该tadukan的CMS引起基因的线粒体CMS的基因和基因组编辑，以及对生育能力恢复基因的基于地图的克隆，以阐明雄性不育和生育能力的分子基础。确定基因的CMS基因：确定了整个Tadukan线粒体的整个基因组的核苷酸序列，并在Nipponbare中发现了ORF。该ORF312与WA352的后半部分相似，WA352是WA型CM的致病基因。还发现它在减数分裂和开花阶段时在花药上表达，并且存在恢复基因的存在减少了其转录量。由此，ORF312是原始CMS基因的最可能候选者。使用Mitotalen（一种基因组编辑技术）将tadukan衍生的CMS线ORF312拆除，并揭示了生育力已恢复，表明ORF312是引起CMS的基因。基于地图的生育能力恢复基因的克隆：在Taichung No. 65缩进Tadukan期间，选择了生育的个体来创建生育能力恢复线。进行了精细的映射和整个基因组测序，以鉴定六个候选生育恢复基因（RF）基因，克隆这些基因组片段，用于互补性测试的构造向量以及基因转移到CMS线中。目前正在获得重新分化的植物。在孢子体类型中不打开花药的花药的机制：从减数分裂阶段到开花阶段和形态学观察的花药部分。发现没有可见的隔间隙涉及花药分解。