Elucidation of the molecular mechanism of male sterility and fertility restoration in cytoplasmic male sterile tomato

细胞质雄性不育番茄雄性不育及育性恢复分子机制的阐明

• 批准号: 22KJ0363
• 负责人: 桑原 康介
• 金额: $ 1.41万
• 依托单位: University of Tsukuba
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for JSPS Fellows
• 财政年份: 2023
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2023-03-08 至 2024-03-31
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-22KJ0363/
• 关键词: 細胞質雄性不稔性; ミトコンドリア; トマト; 花粉; 稔性回復

トマト細胞質雄性不稔(CMS)を引き起こすCMS原因遺伝子として新規のミトコンドリア遺伝子(orf137)を同定することに成功している(Kuwabara et al., 2022 Plant Physiol.)。トマトCMS系統では、花粉は正常に発達できるが、花粉発芽のみに異常が生じるという雄性不稔形質を示す。詳細に不稔形質を調査するために、花粉発芽に重要な因子であるカルシウムイオンの花粉内部における局在性を調査した。その結果、稔性系統の花粉ではカルシウムイオンが1箇所に強く蓄積して、その部分から花粉発芽する様子が観察された。一方で、トマトCMS系統の花粉では、複数箇所にカルシウムイオンが強く蓄積し、複数箇所から発芽するという異常な形質を示すことを明らかにした。また、RNA-Seqを用いた網羅的遺伝子発現解析により、トマトCMS系統の異常形質と関連する核遺伝子の発現変動を複数検出することに成功した。イネなどの他作物のCMS系統で同定されたCMS原因遺伝子の多くは、ミトコンドリア呼吸鎖複合体の活性を低下させることで雄性不稔を引き起こすことが報告されている。トマトCMS系統で同定したorf137がミトコンドリア呼吸鎖複合体の活性を変化させるかを検証した結果、全く影響を及びさないことを明らかにした。この現象はこれまで報告されておらず、orf137は他作物のCMS原因遺伝子とは異なる機能を持つことが示唆された。トマトCMS系統の稔性を回復させる稔性回復遺伝子(RF遺伝子)はトマト稔性回復系統(Solanum pimpinellifolium と S. lycopersicum var. cerasiforme)の核ゲノム上に存在する。これまでに9個のRF遺伝子候補を発見していた。しかし、これらの遺伝子候補をトマトCMS系統に遺伝子導入しても、花粉稔性が回復しないことがわかった。

ト マ ト cytoplasmic male mori (CMS) を lead き up こ す cause of CMS but 伝 と し て new rules の ミ ト コ ン ド リ ア heritage 伝 child (orf137) with fixed を す る こ と に successful し て い る (Kuwabara et al., 2022 Plant Physiol.). ト マ ト CMS で は, pollen は normal に 発 da で き る が, pollen 発 bud の み に abnormal が raw じ る と い う male not mori character を す. Detailed に not mori character を survey す る た め に, pollen 発 bud に important factor な で あ る カ ル シ ウ ム イ オ ン の pollen internal に お け る investigated し in sexual を た. そ の results, mori system の pollen で は カ ル シ ウ ム イ オ ン が に by a strong く accumulation し て, そ の part か ら pollen 発 bud す る others child が 観 examine さ れ た. Party で, ト マ ト CMS の pollen で は, plural に カ ル シ ウ ム イ オ ン が strong く accumulation し, plural か ら 発 bud す る と い う abnormal な character を shown す こ と を Ming ら か に し た. ま た, RNA - Seq を with い た snare's son 伝 発 now parse に よ り, ト マ ト CMS の abnormal character と masato even す る nuclear legacy 伝 son の 発 now - move を plural 検 out す る こ と に successful し た. イ ネ な ど の の CMS で his crops might be さ れ た cause of CMS but 伝 の more く は, ミ ト コ ン ド リ ア breathing lock complex の active low を さ せ る こ と で male not mori を lead き up こ す こ と が report さ れ て い る. で ト マ ト CMS system with fixed し た orf137 が ミ ト コ ン ド リ ア breathing lock complex の active を variations change さ せ る か を 検 card し influence on the result, the whole く た を and び さ な い こ と を Ming ら か に し た. こ の phenomenon は こ れ ま で report さ れ て お ら ず, orf137 は he cause of crop の CMS but 伝 と は different な る function を hold つ こ と が in stopping さ れ た. ト マ ト CMS の mori sex を reply さ せ る mori sexual response heritage 伝 child (RF heritage 伝) は ト マ ト mori sexual response system (Solanum pimpinellifolium と s. lycopersicum var. Cerasiforme) の nuclear ゲ ノ ム に exist on す る. Youdaoplaceholder3 れまでに nine 伝 offspring candidates を appear in <s:1> て た た た. し か し, こ れ ら の heritage 伝 son alternate を ト マ ト CMS に posthumous son 伝 import し て も reply, pollen mori が し な い こ と が わ か っ た.

项目成果

細胞質雄性不稔性トマトにおける花粉内部 Ca2+および小胞の局在性調査

番茄细胞质雄性不育花粉内部Ca2+及囊泡定位的研究

• 发表时间: 2023
• 作者: 桑原 康介;有泉 亨
• 通讯作者: 有泉 亨

Transcriptome analysis in cytoplasmic male sterile tomato to elucidate male sterile mechanism

细胞质雄性不育番茄的转录组分析阐明雄性不育机制

• 发表时间: 2022
• 作者: Kosuke Kuwabara;Tohru Ariizumi
• 通讯作者: Tohru Ariizumi

A novel mitochondrial gene, orf137, triggers cytoplasmic male sterility in tomato

一种新的线粒体基因 orf137 引发番茄细胞质雄性不育

• 发表时间: 2023
• 作者: Minjeong Park;Katsuyasu Sakurai;Hiromasa Funato;Masashi Yanagisawa;Kosuke KUWABARA
• 通讯作者: Kosuke KUWABARA

Identification of causative gene for cytoplasmic male sterility in tomato

番茄细胞质雄性不育致病基因的鉴定

• 发表时间: 2022
• 作者: Kosuke Kuwabara;Shin-ichi Arimura;Kenta Shirasawa;Tohru Ariizumi
• 通讯作者: Tohru Ariizumi

ミトコンドリアゲノム解析およびゲノム編集によるトマト細胞質雄性不稔遺伝子の同定

通过线粒体基因组分析和基因组编辑鉴定番茄细胞质雄性不育基因

• 发表时间: 2022
• 作者: 桑原康介;有村慎一;白澤健太;有泉亨
• 通讯作者: 有泉亨