ゲノムデザインと自由な書き換えによる高収量コムギの創出

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本研究課題では、タンパク質分子デザインとノックイン型ゲノム編集技術を組み合わせることで、デンプン生合成能を強化した高収量コムギを創出する。コムギのWheat sucrose synthase (WSUS)はスクロースからUDP-グルコースを生成する糖転移酵素であるが、これにアミノ酸置換を土運輸することにより、ADP-グルコース生成型へ改変可能である。ADP-グルコースはデンプン生合成の唯一の基質であるため、変異型WSUSを胚乳細胞で発現させることができれば、コムギ種子へのデンプン蓄積を高め、子実収量の大幅な増加が期待できる。R3年度までにターゲットとなるWSUS3遺伝子を同定し、変異遺伝子をデザインした。R4年度は、糖ヌクレオチド認識モチーフに4つのアミノ酸置換を導入した組換えタンパク質を大腸菌より精製し、in vitroで酵素活性を測定した。活性試験から、アミノ酸置換型WSUSのADP-グルコース生成能を評価した。変異体では、ADP-グルコース合成活性が向上していることが確認された。また胚乳特異的に発現するWSUS3を標的遺伝子に、iPBノックイン法によるゲノム編集を行なった。In/del導入効率に優れるガイドRNAと種々のドナーDNAを組み合わせることで、目的とするアミノ酸変異を持つコムギ系統を１系統作出することに成功した。現在は、当該系統の世代促進して種子を増殖中でる。次年度は、増殖種子を用いて、ゲノム編集系統の形質評価を行なっていく予定である。