パンコムギの諸形質に及ぼす近縁野生種由来細胞質の多様性
1112〇中村千春 , 竹中祥太朗 , 山本涼平 , 池田達哉
1龍谷大学農学部, 2農研機構西日本農業研究センター

緒言

核細胞質雑種

近縁野生種のもつ細胞質を網羅しcp♀ mt 核Aて育成されたコムギ核細胞質雑種
コレクションは，細胞質ゲノムのcp: 葉緑体
多様性と核細胞質ゲノム間相互作
mt: ミトコンドリア
用を解析するための貴重な遺伝資源として有望である．本研究では，
F1雑種
環境ストレス耐性，収量形質と全粒粉中の栄養価を対象形質に選び，細胞質ゲノム46系統と共通核親ゲノムを組み合わせた雑種を実験材
核細胞質雑種料として比較調査したので，結果を報告する．

植物材料 表1 本研究で用いた46系統の核細胞質雑種および核親系統．Tsunewaki, K. (2009) から一部改変
cp×

核Bmt

♂

核親による連続戻し交雑

cp
核ABmt

cp
核Bmt核 → 細胞質(Anterograde Regulation)
細胞質 → 核(Retrograde Regulation)

コード

細胞質型

細胞質親

コード

細胞質型

細胞質親

コード

細胞質型

細胞質親

C01mf

A

T. boeoticuma aegilopoides

C27*

C

Ae. caudata

C15

G

Ae. speltoides ligustica

C16

A2

C28

D’

Ae. cylindrica

C09

G'

Ae. speltoides aucherin

C21

B

C03

U

Ae. umbellulata

C17

S

Ae. speltoides aucherin

C22

B

T. monococcumb flavescens
T. dicoccoidesc
spontaneonigum
T. dicoccumd 'Vernal'

C26

U

Ae. triuncialis

C12Sb

Ae. bicornis

C23

GT. araraticume

C38

C’Ae. triuncialis

C10Sl

Ae. sharonensis

C24

GT. araraticume

C33

Sv

Ae. kotshyi

C20

Sl’

Ae. longissima

C25

GT. timopheviif

C39

Sv

Ae. kotshyi

C18

Sv

Ae. searsii

C51*

G

T. zhukovskyi

C34

Sv

Ae. variabilisk

C04

D

Ae. squarrosao typica

C11

B

T. aestivum 'Panjamo'

C29

U

Ae. biuncialis

C19

D

Ae. squarrosao anathera

C58

B

T. aestivum tibetanum

C37

U

Ae. biuncialis macrochaeta

C36

D

Ae. ventricosa

C13

T

Ae. muticag

C30

U’

Ae. columnaris

C35

D2

Ae. crassa

C14*

T2Ae. muticag (ms)

C31

Mo

Ae. ovatal

C55

D2Ae. crassa

C05*

M

Ae. comosai thessalica

C32

U

Ae. triaristatam

C53

D2Ae. juvenalis

C06

Mh

Ae. heldreichiij

C54

U

Ae. triaristatam

C56

D2Ae. vavilovii

C07

N

Ae. uniaristata

C57

U

Ae. triaristatam recta

コード

細胞質型核親C02*C

Ae. caudata polyathera

C08

S

Ae. speltoides ligusticaCS

B

T. aestivum 'Chinese Spring'

Synonym: a T. monococcum ssp. aegilopoides, b T. monococcum ssp. monococcum, c T. turgidum ssp. dicoccoides, d T. turgidum ssp. dicoccum, e T. timopheevii ssp. armeniacum,
f T. timopheevii ssp. timopheevii, g Ambylopyrum muticum, i Ae. comosa var. comosa, j Ae. comosa var. heldreichii, k Ae. peregrina, l Ae. geniculata, m Ae. neglecta,
n Ae. speltoides ssp. speltoides, o Ae. tauschii; 01mf: male-fertile modified 01

図1 連続戻し交雑による核細胞質雑種の作出

調査①：収量形質
栽培条件：コムギの栽培は2015年秋～2016年春にかけて，龍谷大学農学部のガラス温室(加温なし)で鉢植えで行った．

図2 46系統の核細胞質雑種および核親系統における収量形質の変異．
種子長と100粒重を除く形質は少なくとも3個体以上で測定を行った．種子長の測定は，ランダムに選んだ100粒以上の種子を対象にSmart grain (Tanabata et al., 2012)を用いて行った．
100粒重の測定はランダムに選んだ100粒で行い少なくとも3反復の測定を行った．100粒未満しか収穫できなかった系統では全ての種子を調べ，100粒重では推定値をプロットした．

調査②：冠水ストレス耐性

脱イオン水(15 ml)

冠水ストレス応答試験：試験管内で発芽させた種子を脱イオン水中に完全に沈めることにより，冠水ストレスとした(図3)．吸水期間も含め，5日間の冠水条件下の後，冠水ストレスを解除し(種子が半分ほど浸かるまで水を減らす，図3)，10日目の子
葉長，根長，全新鮮重を計測した．試験は15℃/10℃，12hL/12hDの条件下で少な
くとも15個体以上の反復で行った．
調査 ②-1 核細胞質雑種における冠水ストレス条件下での初期成育の多様性

冠水ストレス条件

非冠水ストレス条件

図3 試験管を用いた冠水ストレス試験法

調査 ②-2 初期成長および冠水ストレス応答に細胞質が与える効果の検定

核細胞質雑種39系統を対象に，冠水条件下における発芽と初期生育の多様性の評価を行った． 代表的な16系統を非冠水ストレス条件下と冠水ストレス条件下でそれぞれ栽培し，子葉長の比較を行った．

図5 非冠水ストレス条件下栽培における子葉長の分布

図4 発芽および初期生育における冠水ストレス感受性の変異

NC雑種39系統の発芽および初期成育時における冠水ストレス感受性は，核親であるCSよりも高かった．
表2 非ストレス条件栽培でのCSの子葉長を基準としたSteel検定の結果

comparison
CS(B) vs C01mf(A)vs C02(C)vs C03(U)vs C04(D)vs C05(M)vs C07(N)vs C08(S)vs C10(Sl)vs C12(Sb)vs C13(T)vs C14(T2)
vs C18(Sv)vs C31(Mo)vs C32(U)vs C35(D2)t.value5.131913
4.936126
4.245779
4.968488
4.903964
2.743662
4.342614
4.448387
4.843556
4.819034.801009
3.978223
4.999174
4.90898
5.252153

p.value
4.11E-06
9.99E-06
2.95E-04
9.21E-06
1.17E-05
6.70E-02
1.86E-04
1.11E-04
1.95E-05
2.10E-05
1.94E-05
1.07E-03
7.87E-06
1.15E-05
2.55E-06

***
***
***
***
***
・
***
***
***
***
***
**
***
***
***

図6 冠水ストレスによる初期生育阻量の分布
表3 冠水ストレス条件下でのCSの初期成育阻害量を基準としたSteel検定の結果

comparison
CS(B) vs C01mf(A)vs C02(C)vs C03(U)vs C04(D)vs C05(M)vs C07(N)vs C08(S)vs C10(Sl)vs C12(Sb)vs C13(T)vs C14(T2)
vs C18(Sv)vs C31(Mo)vs C32(U)vs C35(D2)

冠水ストレス効果の推定式
𝑳𝑳𝑵: 非ストレス条件下での子葉長
𝑳𝑳𝑺: ストレス条件下での子葉長
𝑺 : 冠水ストレス効果
𝑪 : 細胞質効果
𝒊 : 系統・ : P < 0.1* : P < 0.05** : P < 0.01*** : P < 0.001

𝑳𝑳𝑵 𝒊 = 𝑪𝒊 + 𝜺
𝑳𝑳𝑺 𝒊 = 𝑪𝒊 + 𝑺 + 𝑪𝒊 × 𝑺 + 𝜺
𝑳𝑳𝑺 𝒊 − 𝑳𝑳𝑵 𝒊 = 𝑺 + 𝑪𝒊 × 𝑺 + 𝜺

核細胞質雑種15系統の細胞質は，非冠水ストレス条件下であっても，初期成長に有意に負の影響をおよぼしていた．

t.value
1.414263
0.326358
3.135547
4.732444
0.126487
0.424753
0.953533
1.982121.322845
0.04327
1.598013
2.955693
3.475192
0.354282
1.569866

p.value
0.852
1.000
0.023
0.000
1.000
1.000
0.993
0.420
0.901
1.000
0.723
0.040
0.007
1.000
0.745

*
***

*
**

・ : P < 0.1* : P < 0.05** : P < 0.01*** : P < 0.001

冠水ストレスに対する細胞質効果を検出!

調査③：種子貯蔵タンパク質39系統の核細胞質雑種を対象に，全粒粉中の種子貯蔵タンパク質をSDS-PAGE電気泳動法により調査した．
M0201040306050807100912111413171619182221M
26292831303332353437363938545356555857

CS*

M

CS0201040306050807100912111413171619182221M
26292831303332353437363938545356555857

CS*CS

高分子量グルテニン・サブユニット

高分子量グルテニン・
サブユニットω-グリアジン

低分子量グルテニン・
サブユニット

低分子量グルテニン・
サブユニットα/β/γ-グリアジン

図7 核細胞質雑種のグルテニン画分のSDS-PAGE電気泳動
CS: Chinese Spring(核親系統)，CS*：CSのふすま画分

図8 核細胞質雑種のグリアジン画分のSDS-PAGE電気泳動
CS: Chinese Spring(核親系統)，CS*：CSのふすま画分

今後の展開
本研究から，パンコムギ核細胞質雑種が様々な形質で多様性を示すことが明らかになった．現在，この多様性の原因と考えられる核細胞質相互作用を明らかにしていくため，RNA-seq法による網羅的な遺伝子発現解析を行っている．