京都大学教育研究振興財団助成事業
成 果 報 告 書
令和2年 4月 28日
公益財団法人京都大学教育研究振興財団会 長

藤洋 作

様

農学研究科

所属部局
職名氏

名

助教
西村 和紗
令和元年度

助 成 の 種 類・研究活動推進助成

申請時の科研費
研 究 課 題 名

同一シスエレメント遺伝子間の比較によるコムギ同祖遺伝子発現パターン制
御機構の解明上記以外で助成金を 充 当 し た
研 究 内 容四倍体コムギを用いた有用遺伝子の探索助成金充当に関わる共同研究者（所属・職名・氏名）なし

なし

発表学会文献等成 果 の 概 要

研究内容・研究成果・今後の見通しなどについて、 簡略に、A４版・和文で作成し、添付して下さい。（タイトルは「成果の概要／報告者名」）

1,000,000
1,000,0000

交付 を 受 けた 助成 金額
使 用 し た 助 成 金 額
返納すべき助成金額
費会計報告
助成金の使途内訳

当財団の助成について目金円円円
額

英文校閲

17,553

研究用消耗品購入

191,435

作物栽培資材226,998

シーケンス解析（外注）564,014（今回の助成に対する感想、今後の助成に望むこと等お書き下さい。助成事業の参考にさせていただきます。）
予算の心配をすることがなく研究を進めることができ、令和二年度の科研費は無事採択されました。ご支援いただき感謝しております。

成果の概要／⻄村 和紗【研究の背景】
世界の三⼤作物の⼀つであるコムギにおいて出穂開花特性は重要形質であり、本邦の秋播き栽培においては穂発芽や⾚カビ病などの⾬害により収量や品質の低下が問題となっているため、早⽣化が特に重要な育種⽬標である。我々は、現在世界で広く栽培されている六倍体パンコムギの祖先種であり、六倍体コムギに⽐べて遺伝的多様性に富む四倍体コムギが、遺伝資源として有⽤であると考え(四倍体コムギのゲノム構成は AABB、六倍体コムギ
は AABBDD である)、四倍体コムギのグループに潜在する新規出穂開花遺伝⼦の探索を⾏⾏ってきた。この四倍体コムギ品種の解析を通して、京⼤ビールの原料のエンマーコムギ系
統 TN26 が、⽇本品種の多くが保有する早⽣遺伝⼦である Ppd1 遺伝⼦の早⽣化作⽤を超える新規早⽣遺伝⼦を保有すること、および、このエンマーコムギが保有する早⽣遺伝⼦の⼀つが、開花ホルモン”フロリゲン”として知られるシロイヌナズナの開花遺伝⼦ Flowering

locus T（FT）の同祖遺伝⼦である VRN-A3 の新規対⽴遺伝⼦であることを明らかにした。
⼀⽅で、この VRN-A3 早⽣アレルは六倍体コムギにおいて⼤きな早⽣化作⽤をもたず、四倍体コムギ系統から⾒出された新規遺伝⼦が六倍体コムギにおいて機能しない可能性を⾒出した。また、VRN-A3 に関しては六倍体コムギの遺伝的背景では極端に発現が低下すると報告されており(Shaw et al. 2013)、このことは六倍体コムギにおいて VRN-A3 の早⽣対⽴遺伝⼦の作⽤が⼩さくなることを⽰唆する。したがって、四倍体コムギで⾒出した遺伝⼦を六倍体コムギの育種に利⽤するためには、四倍体コムギと類似した遺伝⼦発現パターンを⽰す六倍体コムギ系統、およびその遺伝的要因を探索・同定する必要がある。そこで、本研究では複数の六倍体コムギおよび四倍体コムギを供試し、これらの系統の各同祖遺伝⼦の発現⽐率を調査し、四倍体コムギに近い同祖遺伝⼦の発現パターンを⽰す六倍体コムギ品種を探索する。また、並⾏して、同祖遺伝⼦の発現⽐率を制御する染⾊体領域を同定するための材料の作出を⾏う。
【研究内容および成果】
・実験 1 四倍体コムギと類似した同祖遺伝⼦発現パターンを⽰す六倍体コムギ系統の探索。
六倍体コムギ系統 5 系統(CS、KT19-1、KU151、KU155 および KU161)、合成六倍体コムギ 2 系統(SHW1 および SHW2)、および四倍体コムギ 4 系統(TN26、TN28、TTW427 および LDN)を供試した。各系統を温室内で播種、育苗した後、京都⼤学⼤学院農学研究科附属農場内の圃場へ移植した。移植 2 週間後、完全展開した第⼀葉を正午にサンプリングし(n = 3)、RNA の抽出を⾏った。その後、抽出した RNA を RNAseq 解析に供試した。Kuoet al. (2018)の⼿法によって、A、B、D ゲノムに共通する同祖遺伝⼦を 21196 セット抽出し、これらの遺伝⼦に関して RNAseq によって取得したデータから、各遺伝⼦の rpm(readper million)値を算出した。次いで、全ての系統で rpm 値が 2 を下回っている同祖遺伝⼦を

ldn−1ldn−2
TN26−1 ldn−3
TTW427−3
TTW427−1
TN26−2TN28−3TTW427−2
TN28−2
TN26−3TN28−1SHW1−125

除外し、同祖遺伝⼦を 8212 セット抽出した。
抽出した同祖遺伝⼦に関して A ゲノムおよび Bゲノムの同祖遺伝⼦の発現量の和に対する A ゲ

SHW1−2
SHW1−3
KT19−1−2
KT19−1−1

ノムの同祖遺伝⼦の発現量の⽐率(A ゲノムのKT19−1−30出した。この発現⽐率情報を変数として、主成分分析を⾏い、上位 2 つの主成分に関してクラKU155−3
KU155−1
KU155−2
KU151−1
KU151−2PC2

rpm 値/A および B ゲノムの rpm 値の和)を算

12KU151−3
KU161−2cs−3

スター分析を⾏った。クラスター分析の結果、最適なクラスター数は 3 となり（図 1）、クラス

Cluster

SHW2−1

3−25
KU161−1cs−2

KU161−3cs−1

ター1 は全ての四倍体コムギ系統、およびSHW2−3SHW1 を含んでいた。クラスター2 は六倍体コムギ系統を 5 系統含んでいた。これら⼆つのクラスターは主に第⼆主成分によって分類された。クラスター3 には SHW2 のみが含まれていSHW2−2−50−4004080PC1た。KT19-1 はクラスター2 に属するものの、四倍体コムギが属するクラスター1 の⽐較的近くに位置した。これらの結果は、KT19-1 および SHW1

図１. コムギの A ゲノムおよび B ゲノム間の発現⽐率情報を⽤いた主成分分析

は、四倍体コムギに近い発現⽐率パターンを⽰すことが⽰唆する。本研究によって、六倍体コムギであっても四倍体コムギに近い A ゲノム
および B ゲノムの発現パターンを⽰す系統が存在することが明らかとなった。今後は、
KT19-1 および SHW1 の 2 系統と、クラスター２に属する六倍体コムギ系統との交雑を⾏い、発現⽐率を制御する染⾊体領域を同定するための材料を作出する。
・実験 2 同祖遺伝⼦発現パターンを制御する遺伝⼦領域の探索のための供試材料作出
同祖遺伝⼦発現パターンの変化は倍数化によって⽣じる場合と各遺伝⼦の配列の違いによって⽣じると考えられるため、倍数化に伴う発現パターンの変化を調査するための理想的な実験材料は、AB ゲノムは同⼀であり D ゲノムのみが異なっている材料である。そこで、AB ゲノムの供与親である四倍体コムギ品種を固定し、D ゲノム親を複数種類供試した合成六倍体の作出を上記の実験と並⾏して⾏った。2019 年の秋に四倍体コムギ品種 30 系
統と複数のタルホコムギを圃場に定植しており、現在、各系統の交雑 F1 を作出している。
【引⽤⽂献】
1. Shaw LM, Turner AS, Herry L, Griffiths S, Laurie DA (2013) Mutant alleles of
Photoperiod-1 in wheat (Triticum aestivum L.) that confer a late flowering phenotype
in long days. PLoS ONE, 8, e79459. https://doi.org/10.1371/journal.pone.0079459
2. Kuo TCY, Hatakeyama M, Tameshige T, Shimizu KK, Sese J (2018) Homeologexpression quantification methods for allopolyploids. Brief Bioinform bby121