トレニアにおける2種類のクラスC転写因子の機能の抑制による雄蕊および雌蕊の花弁化
要約
夏の花壇用の花きであるトレニアでは、特定の遺伝子発現を抑制するRNAi法および特定の遺伝子配列に変異を導入することが可能なゲノム編集技術を用い、2種類のクラスC転写因子の機能を同時に抑制または破壊することにより、雄蕊および雌蕊を花弁化することが可能である。
- キーワード:トレニア、転写因子、ゲノム編集、RNAi、クラスC遺伝子、花弁化
- 担当:野菜花き研究部門・花き遺伝育種研究領域・遺伝子制御ユニット
- 代表連絡先:
- 分類:研究成果情報
背景・ねらい
花きでは、花弁の色、形、模様や香りなどが異なる多様な品種が流通している。毎年のように多数の新品種が育成されており、観賞性の高い八重の形質付与を目的とした育種も進められている。本課題で研究対象としたクラスC遺伝子は、下流遺伝子の発現を制御する転写因子の一種であり、多くの植物に共通して雄蕊および雌蕊の形成に重要な働きを持つことが知られている。また、クラスC遺伝子は、様々な植物種において八重の原因遺伝子の一つとしても知られている。本研究では、トレニアに2種類存在するクラスC転写因子遺伝子であるPLENA (TfPLE) およびFALINELLI (TfFAR) の機能を、RNAi法あるいは近年新しい育種手法として技術進展が著しいゲノム編集技術により同時に抑制することで、雄蕊および雌蕊の花弁化による、『八重』 という花きへの豪華さを付与する技術の開発を目的とする。
成果の内容・特徴
- RNAi法により、トレニアの雄蕊および雌蕊において、2種類のクラスC遺伝子TfPLEおよびTfFARの発現を1種類のベクターにより同時に抑制することが可能である(図1)。
- TfPLEおよびTfFARの遺伝子発現がRNAi法により同時に抑制された組換えトレニアは、雄蕊および雌蕊(柱頭)が花弁化し、八重の形質を獲得する(図2)。
- CRISPR/Cas9システムを用いたゲノム編集技術は、TfPLEおよびTfFARの遺伝子配列に変異を導入することで、これらのタンパク質構造に変異を引き起こすことが可能である(図3)。
- ゲノム編集技術によるTfPLEおよびTfFARそれぞれの遺伝子配列への単独の変異導入では、雄蕊および雌蕊は花弁化に至らない。
- TfPLEおよびTfFARの2種類の遺伝子配列に同時に変異が導入されたゲノム編集トレニアでは、雄蕊および雌蕊が花弁化し八重の形質を獲得する(図4)。
- ゲノム編集トレニアの雌蕊は(図4:緑矢印)、RNAi組換えトレニアの雌蕊(図2:青矢印)と比較してより花弁化する。
成果の活用面・留意点
- RNAi法によるクラスC遺伝子の発現抑制およびゲノム編集技術によるクラスC遺伝子配列への変異導入による雄蕊および雌蕊の花弁化は、トレニア以外の様々な花き園芸植物に応用可能と期待される。
- 本技術で得られたゲノム編集系統は、ゲノム編集遺伝子が残存する組換え体であるため、カルタヘナ法の政省令に基づいた適切な拡散防止措置の下での取扱いが必要である。
- 雄蕊および雌蕊が花弁化した系統では、花粉および種子が作られないため、完全な不稔形質の付与が可能となる。
具体的データ
その他
- 予算区分:交付金、競争的資金(農食事業)
- 研究期間:2013～2020年度
- 研究担当者:佐々木克友、大坪憲弘
- 発表論文等:
- Sasaki K. and Ohtsubo N. (2020) Planta 251:101 doi: 10.1007/s00425-020-03393-3
- 佐々木、大坪「転写調節領域、ベクター及び転写調節方法」特許第6721888号 (2020年9月18日)