G x E Genome-wide association studies for Nitrogen use efficiency in rice

点击翻译按钮获取中文摘要

窒素（N）は作物に取って必須な元素であり、作物収量を向上させるために肥料として膨大量が毎年土壌中に投入され続けている。しかし近年、環境保持の観点から、N低投与でも収量が維持出来る新品種開発が希求されている。本研究はこの課題に答えるために、N肥料の投与に呼応して収量増減を制御する遺伝子についてゲノムワイド相関解析（GWAS）により単離及び解析し、機能について研究を行い、N量変動がどのような機構で収量に影響を与えるかについて分子生物学的、分子遺伝学的レベルでの解明を目指す。2020年シーズンおよびそれ以前の穂形質に関わる様々なデータを改めて纏めなおした結果、「一穂当たりの二次枝梗数」について、多肥料区と低肥料区において有意に反応性を変化させる座を染色体4番長腕に見出した。このピークに着目して候補領域を詳細に解析した結果、葉幅を制御するQTLとして報告されていたNAL1遺伝子の関与が期待された。N多肥区では収量は全体的に増加する一方、小肥区は減少する。ここでNAL1が窒素施肥に応答して「一穂当たりの二次枝梗数」を変化させたと言うことは、施肥効果が「二次枝梗数の増加」を介して着粒数に影響を与えることを示唆する。一方、これまでの作物学的知見から、N施肥は穂数増加に大きく貢献することが知られている。実際、我々の異なるパネルを使ったGWAS結果は、NAL1が「草型（穂重型か穂数型か）」や「一株穂数」を制御することが確認された。以上の結果はNAL1が窒素応答の鍵となる遺伝子であること、さらにはその効果は「一穂当たりの二次枝梗数」を介して「着粒数」増加をもたらすことを示唆したが、一方で「一株穂数」にも同遺伝子が関与することを示唆するデータも得られた。今後は、NAL1が両方の形質に直接的に関与するのか、何らかの機構を介してどちらかの形質については二次的に制御しているかを検討する必要がある。