開花せず花粉を飛散しないイネ突然変異体とその原因遺伝子

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要約

閉花受粉性イネ突然変異体spw1-clsでは、おしべやめしべには変化がないものの、鱗被が変形し、膨らむことができない。そのため、開花せずに正常に稔実する。SUPERWOMAN1 遺伝子のアミノ酸置換変異が本変異体の閉花受粉性の原因である。

• キーワード:イネ、閉花受粉、SUPERWOMAN1 遺伝子、鱗被、花粉飛散、突然変異
• 担当:中央農研・稲遺伝子技術研究北陸サブチーム
• 連絡先:電話025-526-8251
• 区分:作物、関東東海北陸農業・北陸・水田作畑作
• 分類:研究・普及

背景・ねらい

遺伝子組換え農作物等の研究開発・実用化を進めるにあたり、消費者の選択権を保障しながら、生産者が安心して栽培できる状況を作 ることが何よりも重要である。そこで本研究では、遺伝子組換え農作物等の花粉が飛散することによる一般農作物との交雑を抑制する技術の一つとして、開花せ ずに花粉が飛散しないイネを開発し、遺伝子組換えイネ等の母本としての利用を図るとともに、閉花受粉性のメカニズムを明らかにする。

成果の内容・特徴

• 閉花受粉性イネ突然変異体spw1-cls は開花しないために花粉を飛散せず、なおかつ正常に種子が稔実する(図1)。
• spw1-cls の出穂日、草丈、穂数、穂長、1穂粒数、稔実率、粒重、粒の形状や外観(図2)について、原品種である「台中65号」と顕著な差は見られない。
• 通常のイネは、鱗被(花びらに相当)が膨らんで外穎を押し出すことによって開花するが、spw1-cls では、おしべやめしべには変化がないが、鱗被が平らで細長い穎状の器官に変化して、膨らむことができないため、開花せずに正常に稔実する(図3)。
• 本変異体では、鱗被とおしべの形作りを決定する転写因子SUPERWOMAN1 (SPW1 )遺伝子が変異しており、野生型SPW1 を導入すると鱗被の形態が回復して開花することから、SPW1 が本変異体の原因遺伝子である(図3)。そこで、この閉花受粉性イネをsuperwoman1-cleistogamy (spw1-cls)と呼ぶ(「cleistogamy」は「閉花受粉性」の意味)。
• 通常のイネではSPW1タンパク質はOsMADS2やOsMADS4というパートナータンパク質と二量体を形成し、DNAに結合して鱗被とおしべの形作りに必要な遺伝子の発現を調節すると考えられる。spw1-cls 変異体のSPW1タンパク質では二量体形成に重要な領域のアミノ酸が変異しているため、これらのパートナータンパク質と結合する能力が低下する(図4)。その結果、転写因子としての機能が低下し、鱗被を正常に形成することができなくなったため、閉花受粉性となったと考えられる。

成果の活用面・留意点

• 通常の交配によってspw1-cls 変異を導入することにより、遺伝子組換えイネ、機能性品種、有色素米品種をはじめ、原種や原原種段階で種子の純度維持が強く求められる品種など多様な場面において、花粉飛散による交雑を抑制することが可能である。
• DNAマーカーを利用した交配によって、効率的にspw1-cls 変異をさまざまな品種に導入することができる。
• 今回発見した閉花受粉性突然変異体、あるいは交配によってspw1-cls 変異を導入したイネ品種をさまざまな地域で栽培し、閉花受粉性の安定性を検証する必要がある。

具体的データ

その他

• 研究課題名:遺伝子組換え技術の高度化と複合病害抵抗性等有用組換え稲の開発
• 課題ID:221-h
• 予算区分:委託プロ(安全性確保)、交付金プロ(形態・生理)、基盤研究費
• 研究期間:2004～2007年度
• 研究担当者:吉田均、伊藤純一(東大)、大森伸之介、堀米綾子(東大)、内田英史、木水真由美、松村葉子、草場信(東大)、佐藤光(九大)、長戸康郎(東大)
• 発表論文等:
  1. Yoshida et al. (2007) Plant Biotechnol. J. 5(6): 835-846
  2. 吉田ら「閉花受粉性イネの作出法およびその選抜法」特開2007?300876