キクにおけるクラスC転写因子の機能抑制による雄蕊および雌蕊の花弁化

要約

キクに2タイプ存在するクラスC転写因子の機能を同時に抑制することにより、キクの雄蕊および雌蕊を花弁化して新しい花形を得ると同時に不稔化することが可能である。

• キーワード:キク、転写因子、RNAi、クラスC遺伝子、花弁化、不稔化
• 担当:野菜花き研究部門・野菜花き育種基盤研究領域・育種技術開発グループ
• 代表連絡先:
• 分類:研究成果情報

背景・ねらい

キクは、国内で最も生産量および生産額が多い最重要花き品目である。キクの品種開発において、花弁の色、頭花や舌状花および管状花の形の違いといった花の形質は、品種を特徴付けるための重要な要素である。花の特徴を決定付ける遺伝子ファミリーとして、転写因子は遺伝子の発現をコントロールすることで重要な機能を担っている。MADSボックス転写因子の中でも、クラスC遺伝子は多くの植物種に共通して雄蕊および雌蕊の発生・分化の決定に重要な機能を持ち、さらには八重の原因遺伝子の一つとしても知られている。一方、キク科植物は、シロイヌナズナ等のモデル植物と花の形態が異なるため、植物間で保存性の高い転写因子においても花器官における機能予測が困難となっている。そこで本研究では、キクに2タイプ存在するクラスC転写因子遺伝子chrysanthemum AGAMOUS 1および2(CAG1およびCAG2)を利用し、キクの頭花におけるクラスC機能を解析すると共に、新しいキクの花形の開発に取り組む。

成果の内容・特徴

• キククラスC転写因子遺伝子CAG1およびCAG2は舌状花の雌蕊、および管状花の雄蕊および雌蕊に特異的に発現する(図1)。
• 12アミノ酸から構成される植物由来の転写抑制ドメインを対象の転写因子に結合させることで、転写を強力に抑制することが可能である(CRES-T法)。転写抑制ドメインが結合したCAG1およびCAG2を雄蕊および雌蕊特異的プロモーターを用いて発現させ、クラスC機能を同時に抑制することで、キクの舌状花および管状花それぞれの雄蕊および雌蕊が花弁化する(図2)。
• RNAi法により、キクの舌状花の雌蕊、および管状花の雄蕊および雌蕊において、クラスC遺伝子CAG1およびCAG2の発現を同時に抑制することが可能である(図3)。CAG1およびCAG2の遺伝子発現をRNAi法により同時に抑制した遺伝子組換えギクでは、CAG1およびCAG2機能抑制組換え体と同様に舌状花および管状花それぞれの雄蕊および雌蕊が花弁化する(図4)。
• 本研究で得られた花形は、挿し芽による維持により、いずれも5年以上安定している。

成果の活用面・留意点

• クラスC転写因子の雄蕊および雌蕊特異的な機能抑制およびRNAi法によるクラスC遺伝子の発現抑制による花弁化は、キク以外の様々な花き園芸植物に適応可能と期待される。
• 本技術で得られた系統は遺伝子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下での取り扱いが必要である。
• 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、農林水産省(イノベーション創出強化研究推進事業)、文部科学省(科研費)
• 研究期間:2011～2021年度
• 研究担当者:佐々木克友、大坪憲弘、能岡智、間竜太郎
• 発表論文等:
  • Sasaki K. et al. (2021) Planta 253:100
    https://link.springer.com/article/10.1007/s00425-021-03605-4
  • 佐々木、大坪「不稔化植物、融合タンパク質、融合遺伝子、ベクター、形質転換体、及び不稔化植物の作出方法」特許第6713166号(2020年6月5日)
  • 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6月23日)