遺伝学とケミカルバイオロジーでデザインする節水適応型作物の分子育種戦略

利用遗传学和化学生物学设计的节水适应性作物分子育种策略

• 批准号: 20J00594
• 负责人: 迫田 和馬
• 金额: $ 2.58万
• 依托单位: The University of Tokyo
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for JSPS Fellows
• 财政年份: 2020
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2020-04-24 至 2023-03-31
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-20J00594/
• 关键词: 光合成; 作物; ケミカルバイオロジー; 水利用効率

本研究では光合成の可視化装置を活用しダイズ変異体リソースと化合物ライブラリーを対象とした大規模スクリーニングを行う。これにより、高い光合成能力と水利用効率を両立する遺伝的機構を網羅的に解明し、節水条件で優れた生産性を示すダイズ品種の育成に向けた分子育種戦略のデザインを目指す。前年度には96穴プレートを用いた独自のシロイヌナズナ土耕栽培システムを確立し、1万種以上の低分子化合物を対象としたスクリーニングによって光合成活性を高める作用を示す新規化合物の同定に成功した。本年度は、同定した化合物と構造が類似した類縁化合物の光合成への効果を検証し、光合成に作用を示す基本骨格を明らかにした。さらに、同定化合物はシロイヌナズナおよびレタスの光合成活性を高めるだけでなく、バイオマスを有意に増加させる効果を示すことを明らかにした。次いで、同定化合物とその類縁体の1種を処理したシロイヌナズナ個体を対象にRNA-seq解析を行った。これら2つの化合物の処理により共通して有意に発現量が増加する1つの遺伝子、低下する2つの遺伝子が同定され、これら遺伝子が化合物の作用機構に関与すると考えられた。特筆すべきことに、同定化合物はシロイヌナズナの乾燥耐性を飛躍的に高めることが明らかとなった。すなわち、本研究により同定された化合物は、植物の生産性および耐乾性を高める作用を有することが実証された。将来的に本化合物を活用して実用可能な薬剤を開発することで、節水条件における作物生産性の向上に資するものと期待される。

In this study, we developed a visualization device for photosynthesis, which uses a variety of different types of compounds for imaging on a large scale. For example, if you want to improve your photosynthetic capacity, you can use a variety of molecular breeding strategies to improve your productivity. In the past year, more than 10,000 low molecular weight compounds have been successfully identified in the field of soil cultivation. This year, the structure of the compound is similar to that of the compound. The effect of photosynthesis is demonstrated. The photosynthetic activity of the same compound is high, and the photosynthetic activity is high. The RNA-seq analysis of the corresponding compounds was carried out. 2. The treatment of the compound is common and the amount of intentional occurrence is increased. 1. The amount of the compound is low. 2. The amount of the compound is constant. 3. The amount of the compound is related to the mechanism of action. The drying resistance of certain compounds is greatly improved. This study demonstrates that the compounds identified in this study have a high effect on plant productivity and drought tolerance. Future use of the compound is expected to be possible under conditions of water conservation and crop productivity.

项目成果

Drought stress reduces crop carbon gain due to delayed photosynthetic induction under fluctuating light conditions

干旱胁迫由于在波动的光照条件下光合诱导延迟而减少了作物的碳增益

• DOI: 10.1111/ppl.13603
• 发表时间: 2022
• 期刊: Physiologia Plantarum
• 影响因子: 6.4
• 作者: Sakoda Kazuma;Taniyoshi Kazuki;Yamori Wataru;Tanaka Yu
• 通讯作者: Tanaka Yu

Physiological analysis of leaf photosynthesis of backcross-derived progenies from soybean (Glycine max (L.) Merrill) and G. tomentella Hayata

大豆 (Glycine max (L.) Merrill) 和 G. tomentella Hayata 回交后代叶片光合作用的生理分析

• DOI: 10.1080/1343943x.2020.1807369
• 发表时间: 2021
• 期刊: Plant Production Science
• 影响因子: 2.5
• 作者: Mohammad Jan Shamim;Yu Tanaka;Kazuma Sakoda;Tatsuhiko Shiraiwa and Randall L Nelson
• 通讯作者: Tatsuhiko Shiraiwa and Randall L Nelson

Flavodiiron proteins enhance the rate of CO2 assimilation in Arabidopsis under fluctuating light intensity

• DOI: 10.1093/plphys/kiac064
• 发表时间: 2022-02-16
• 期刊: PLANT PHYSIOLOGY
• 影响因子: 7.4
• 作者: Basso, Leonardo;Sakoda, Kazuma;Shikanai, Toshiharu
• 通讯作者: Shikanai, Toshiharu

Effects of Introduction of Sorghum RbcS with Rice RbcS Knockdown by RNAi on Photosynthetic Activity and Dry Weight in Rice.

引入高粱 RbcS 并通过 RNAi 敲除水稻 RbcS 对水稻光合活性和干重的影响。

• DOI: 10.1080/1343943x.2020.1847669
• 发表时间: 2021
• 期刊: Plant Production Science
• 影响因子: 2.5
• 作者: Kazuma Sakoda ;Akito Yamamoto ;Chie Ishikawa ;Yojiro Taniguchi ;Hiroyoshi Matsumura & Hiroshi Fukayama
• 通讯作者: Hiroyoshi Matsumura & Hiroshi Fukayama

葉肉コンダクタンスは光合成誘導を律速するか？

叶肉导度是否限制光合作用诱导速率？

• 发表时间: 2021
• 作者: 吉田純也;江川弘行;笠置歩;Enqiang Liu;Yue Ma;Abdul Muneem;中川真菜美;仲澤和馬;齋藤奈美;齋藤武彦;瀧雅人;田村裕和;田中良樹;吉本雅浩;宮野 尚;柴田秀平，ネイザン ヘーガン，大谷幸利;迫田和馬・矢守航・Michael Groszmann・John R. Evans
• 通讯作者: 迫田和馬・矢守航・Michael Groszmann・John R. Evans