研究代表者氏名及び所属
松村 英生(信州大学 ヒト環境科学研究支援センター)
総合評価結果
当初計画通り推進
評価結果概要
(1)全体評価
本研究は、全ゲノム配列情報を持たない作物のDNAマーカー探索を目的として、次世代DNAシークエンサーを利用した遺伝子発現解析およびゲノム配列多型を解析する技術を開発し、それを作物のゲノム育種に応用することを目的とする。さらに本研究で確立した技術を用いてニガウリにおける雌性型形質のゲノム育種用DNAマーカーを作出すると共に、パパイヤにおける性特異的発現遺伝子の同定とそれらの機能解析により性決定関連遺伝子を明らかにし、最終的には性決定のメカニズムを解明する。
多検体を安価に解析できるデジタル遺伝子発現解析法としてハイスループットSuperSAGE法を確立し、また、ゲノム配列多型解析技術としてタグキャプチャー法を確立した。さらに、これらの解析手法を利用して、実際に、パパイヤとニガウリにおいて花型(性)決定にかかわる可能性のある遺伝子を見出すとともに、雌性型DNAマーカーを作出し、これら新技術の有効性を証明した。
パパイヤの性決定関連遺伝子の機能解析とそのメカニズム解明はパパイヤの形質転換が難航し、未達成に終わったが、研究全体としては、研究目標および計画は適切に設定されており、それがほぼ予定通りに進められ、開発した新技術とそれによって明らかにされた事象は、多様な農作物のゲノム育種を大幅に進展させる基盤になるだけでなく、未知の性決定機構を解明するための重要な糸口として一定の成果を得たものと判断される。
(2)中課題別評価
中課題A「汎用性の高いゲノム育種のツール及びシステムの開発」
(信州大学 ヒト環境科学研究支援センター 松村 英生)
研究課題名にあるゲノム育種基盤技術の開発の中核として、次世代シークエンサーを有効に活用して遺伝子発現をモニターするハイスループットSuperSAGE法を開発して実際に基盤技術として確立し、また、ゲノムマーカーを迅速・大量に作出する技術としてオリゴヌクレオチドによるタグキャプチャー法を確立した。さらに、これら技術を応用してニガウリの連鎖地図を作成し、網羅的なDNA多型解析によって雌性型と連鎖するDNA多型を見出してそのマーカー (GTFL-1) の作出に成功した。
開発されたゲノム育種ツールは、複数の検体を低コストで解析可能という利点を活かして農業分野における実用性は極めて高い。また、データ解析ツールも含めて完成度も高いと言える。また、得られたニガウリ雌性型DNAマーカーは、今後ニガウリの育種に利用されるであろうし、一連の解析技術は汎用性の高い技術であり、様々な農作物のゲノム育種のツールとして広く活用され、農業、特に地域の特産品の育種を通じて地域の活性化に寄与することが期待出来る。計算科学的にPPRタンパク質のRNA認識コードを初めて明らかにした点は学術的に高く評価でき、今後の研究の進展が期待される。今後、個体での機能評価については、シロイヌナズナや酵母などのモデル生物系を用いて、人工PPRが設計通りに生体内で機能することを効率的に実証する必要がある。目的に合わせた人工PPRタンパク質を構築するためには、より詳細に試験管内の実験による知見を積み重ねて確認する必要があるが、目的の達成のためにはより戦略的、かつ長期的な研究が必要である。目標とした雄性不稔を利用したハイブリッド育種などへの応用はこれからの課題であるが、見出された知見がさまざまな生物産業に応用されることを期待する。
中課題B「熱帯作物の花型決定に関係する遺伝子の探索」
(沖縄県農業研究センター 浦崎 直也)
パパイヤおよびニガウリの花型と関連した遺伝子を探索し、前者では性染色体上にあって性決定に関わると考えられる遺伝子、後者では雌性型と連鎖する多型を見出している。これらの知見はこれまでほとんど科学的知見がないこれら作物の花の性を支配する遺伝子の同定の基盤となるものであり、基盤的な知見として重要である。これらの情報、解析集団を活用して新たな雌親型のニガウリを作成することが農業収益に直結するため、県の農業に及ぼす潜在的な影響は大きい。
しかし、目標としたパパイヤの性決定メカニズム解明に関する取組みは、性特異的な発現をした2つの候補遺伝子(MADSbox、MDAR遺伝子)を突き止めた後、その導入株取得が遅れて、目標未達成に終わっている。引き続き、研究面ではパパイヤの性決定メカニズムの解析を進め、素晴らしい成果として纏め上げるところまでやり切り、また、実用面では中課題Aで開発した雌性型連鎖マーカー及びその検出システムを有効活用してニガウリの新しい育種母本の育成を加速させることを期待する。
なお、担当した解析対象となるパパイヤの性分離集団と純系個体の育成、及びニガウリの雌性型・混性型分離集団の作出・育成については、計画通り目標を達成し、高く評価している。