京都大学農学研究科附属農場

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研究活動

研究内容の紹介

教授 中﨑 鉄也

四倍体コムギ品種の保有する有用遺伝子の探索と育種利用

我々の研究拠点である附属農場では京都大学のブランドビールの原料である古代コムギ品種‘エンマーコムギ’および‘ピラミダーレコムギ’の種子生産を行っています。それらの開花特性・ノついて解析を行ったところ開花特性を支配する未知の有用遺伝子が存在することが判明しました。現在、それら遺伝子の作用についての詳細な解析を進めるとともに、分子遺伝学的手法を駆使してそれら遺伝子の同定・単離を進めています。また、この研究過程で、これら品種を用いることによってコムギ粒の品質向上に直接関与する形質についての解析できることが明らかになってきていて、開花特性以外の形質について解析を進めています。さらに、エンマーコムギ’や‘ピラミダーレコムギ’が含まれる四倍体コムギのグループには解析が進んでいない品種群が多数存在することから、多様な四倍体コムギ品種に研究対象を広げて、開花特性に関連する形質を中心に、コムギ育種に貢献できる遺伝子の研究を展開しています。

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イネ品種が保有する新規の除草剤抵抗性遺伝子を利用したGM作物育成の可能性の検証

農業生産現場では、除草剤耐性雑草の侵入が大きな問題となっています。除草剤耐性雑草は、除草剤に抵抗性を示す雑草のことで、抵抗性には、除草剤が標的とする酵素タンパク質をコードする遺伝子に突然変異が生じることによって獲得された抵抗性(target site resistance)と標的部位の変異によらない抵抗性(non-target site resistance)が知られています。後者は、植物体が自身に有害な未知の化学物質に対して解毒作用を示すかの如く、多様な除草剤に抵抗性を示すことから、植物が備えている未知の代謝機構の存在を示唆しています。私たちは、水田雑草であるヒエのnon-target site resistanceに関する研究の過程で、イネにおいてもnon-target site resistanceを発現する遺伝子が存在することをみいだし、その遺伝子の単離、機能解析を進めています。この遺伝子は、日常食べているお米にも含まれているものであることから、遺伝子組換え操作の際の選抜マーカー遺伝子としてこれまでにない好都合な遺伝子素材です。そこで、受け入れ可能な遺伝子組換え作物(GM作物)育成手法の開発の観点、あるいは、近年注目されているNBT(New plant breeding techniques)との関わりでの利用の観点から研究を発展させていこうとしています。

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リン酸肥料の投入量の縮減を可能とするイネ遺伝子の探索と機能解析

植物の三大栄養素の一つであるリンは核酸・E生体膜・ATPなどの主要成分であり、植物体内で重要な役割を担っています。しかし、施肥されたリン酸肥料のほとんどは、すぐに土壌中の金属イオンや有機物と結合して植物が利用できない不可給態となって固定されてしまいます。そのため植物が吸収する以上にリン酸肥料を施肥する必要がありますが、リン酸肥料の原料であるリン鉱石は今後十数年で枯渇すると言われており、年々価格が高騰しています。したがって、土壌中のリンの利用効率を高めることが重要になります。リンの利用効率に関連する酵素として不可給態の有機態リンを可給化する機能をもつ酸性ホスファターゼ(Acid Phosphatase: APase)が知られています。この遺伝子は、イネにおいては、30以上の遺伝子座が存在しますが、その詳細な機能については明らかにされていません。そこで、私たちは、APaseやその関連遺伝子について、リンの利用効率に対する効果を検証する研究を行っています。また、同時に、mPingという活性型のトランスポゾンの転移によってAPaseの転写活性が上昇する変異体の作出を進めていて、遺伝子の機能解析のみならず、新たな有用遺伝子の創出を目指した研究を展開しています。

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准教授 中野 龍平

モモの熟期の決定および老化機構の解明

モモは商業的に重要な作物であるが、一般に棚持ちが悪く、その改善が強く求められています。モモは成熟に植物ホルモンエチレンが関与するクライマクテリック型の果実に分類されます。クライマクテリック型の果実では、成熟の開始のみならず、過度の軟化や老化の進行にもエチレンが関与しており、棚持ち性には、果実自身のエチレン生成能とエチレンにより果肉が軟化・崩壊する反応性の二つが大きく影響します。これまでに、晩生希少品種に着目し、成熟開始時期、棚持ち性、エチレン生成・応答性、軟化特性に特徴的な品種を発見しています。本研究では、モモにおける熟期や老化に関わる生理的・遺伝的解明を目的とし、これらの品種や系統を遺伝資源として活用した解析による原因となる候補因子の探索を試みています。

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カンキツの無核性に関する研究

カンキツは世界最大の果樹産業であり、無核(種なし)性は重要な育種目標の一つです。安定した無核果実は、雌性不稔性や種子の早期発育停止の形質に起因しますが、我が国在来の有核の紀州ミカン(’平紀州’など)の変異系統である’無核紀州’は早い時期に胚が発育を停止して、すべての種子が発達しない(Aタイプ種子)ことが明らかとなりました。’無核紀州’をブンタンと交配するとその後代に無核と有核が3:1に出現することが知られており、無核性ブンタン新品種が育成されています。しかし、胚の発育停止が高温により解除されることが分かり、温室栽培などにおいて問題となります。そこで、本研究では、’無核紀州’およびその後代の無核品種・系統の無核性発現について、胚の早期発育停止の機構解明および高温による発育停止解除の原因究明や防止技術の開発に取り組んでいます。

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助教 西村 和紗

Ppd-A1の作用を超える四倍体コムギの早生遺伝子の同定と機能解析

日本のコムギ栽培においては、収穫期と梅雨の時期が重なるため、穂発芽や赤カビ病などの雨害が深刻な問題となっています。梅雨前に収穫できる早生品種を育成することでこの問題は対処できますが、極端な早生化は収量低下を引き起こします。そこで、複数の開花遺伝子を同定、単離し、適期に出穂開花する遺伝子構成を持つ品種の育成が求められています。
当研究室における多様な四倍体コムギ系統群の解析から、日長反応性遺伝子Ppd-A1の早生アレルを保有しないにもかかわらず、Ppd-A1早生アレルを保有する系統よりも早生である四倍体コムギ系統を複数見出しました。また、これらの系統の多くが、開花ホルモンをコードする遺伝子であるVrn-A3の早生アレルを保有することを明らかにし、この遺伝子を活用したマカロニコムギ品種の育成を目指して解析を進めています。

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助教 元木 航

ダイコンのもつ強力な花成誘導因子の解明と採種技術への応用

キャベツやハクサイ、ダイコンなどのアブラナ科作物は開花に一定以上の期間の寒さを必要とする「低温要求性」という性質をもちます。この性質のおかげで冬から春にかけての低温期も開花による収穫物の品質低下が起こらず、生産を行うことができます。一方で育種や採種を行うときには早く完全に開花させる必要があるため、低温要求性は邪魔になります。とくにキャベツは低温要求性が大きいだけでなく、発芽後しばらくは寒さを感じない性質をもつため、いっそう開花に時間がかかります。私たちは新しい開花促進、採種技術の開発に向けて、キャベツをダイコンに接ぎ木すると寒さに当てなくてもキャベツが開花する、という現象に着目して研究を行っています。この現象の面白い点はキャベツ同士の接ぎ木では駄目で、ダイコンを台木にして初めてキャベツが開花することです。ダイコンがキャベツを開花させるのに必要な花成誘導因子を遺伝子レベルで明らかにすることで、育種や採種の現場で利用できる”花成誘導台木”を作出することを目指しています。

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特定助教 間合 絵里

C4植物シコクビエの葉緑体光定位運動の機能解析

シコクビエが属するC4植物は、光合成を担う細胞が次の2種類に分化しており、葉肉細胞と維管束鞘細胞を一巡するCO2濃縮機構によってC3植物よりも高い光合成能と水利用効率を発揮します。通常、葉肉細胞の葉緑体は細胞壁に沿って均一に配置し(写真:上)、維管束鞘細胞の葉緑体は維管束へ求心的または遠心的に配置していますが、葉緑体は環境に応じて細胞内配置を変えることができます。シコクビエの葉緑体は、強光条件では光の入射方向に平行な位置へ逃避する「逃避運動」と維管束鞘細胞側へ局所的に集まる”凝集運動”(写真下)を起こすことがわかっています。逃避運動は過剰な光エネルギーによる葉緑体の損傷を回避する点で有効とされる一方で、凝集運動がもたらす生理的意義は明らかになっていません。凝集運動は多くのC4植物種で確認されており、また、乾燥条件でも誘導されることから、光合成活性やストレス耐性能に寄与する可能性があります。本研究室では、シコクビエを対象として葉緑体凝集運動が光合成に及ぼす影響について調査しています。
  シコクビエ(Finger millet)とは?・・・ヒエではありません。東アフリカ原産の一年生草本で、インドやアフリカ諸国で広く栽培されている雑穀です。子実にはアミノ酸、鉄分、カルシウム、食物繊維などが豊富に含まれ、粥やパン、酒、離乳食の原料として伝統的に利用されています。高い種子貯蔵性と環境耐性に加えて、グルテンフリーで、美味しく、栄養価が高いことから”スマートフード”と呼ばれ、先進国でも近年注目を集めています。インドでは”ragi”という呼称を持ち、国民食として親しまれています。日本でも稲作が普及する前は各地で栽培され、食文化に根付いていました。

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