アブラナ科植物における雑種強勢研究

植物では、同⼀種内あるいは異種間の交雑によって⽣じた雑種が両親よりも優れた形質を⽰す『雑種強勢/ヘテローシス』という現象が知られている (Fujimoto et al. 2018)。現在、多くの野菜は、異なる性質をもつ両親系統間の交雑によって得られた雑種第⼀代 (F1:First Filial Generation) の種⼦を⼤量に採種し、品種とする⼀代雑種(F1) 品種である。F1品種には、「両親系統の優良形質を同時に付与できる。」や「形質が均⼀である。」といった特徴に加え、「雑種強勢により⽣育が旺盛で収量性が向上する。」といった特徴がある 。
よって、雑種強勢は、植物の収量増加に貢献した遺伝現象として知られており、F1品種による収量改善効果が著しいことは既に明⽩だ
が、未だ、雑種強勢の分⼦機構は、ほとんど明らかになっていない。
そこで、雑種強勢の分⼦機構の解明を⽬指して、モデル植物のシロイヌナズナやアブラナ科野菜のハクサイを中⼼に、分⼦⽣物学的な研究を進めている。

花粉親

研究背景・⽬的種⼦親

研究期間：2008〜2018年

F1
F1

種⼦親

花粉親

実験概要
Ø 遺伝学的解析 (QTL解析等)により、植物サイズに関連するゲノム領域の特定
Ø トランスクリプトーム解析による、両親系統とF1で発現が異なる遺伝⼦の同定
Ø エピゲノム解析による、両親系統とF1で遺伝⼦の修飾状態 (DNAメチル化)、ヒストン化学修飾状態が異なる領域の同定

結果と考察

葉緑体ターゲット遺伝子 播種後3日 F1 vs. MPV
Up

Non-chloroplast-targeted
Chloroplast-targeted genes
DDM1が機能しているF1d/d (C24) x D/D (Col)d/d (Col)d/d (C24)

DDM1が機能していないF1d/d (C24) x d/d (Col)F1R29＊＊

S27120100＊＊

ハクサイ
ü 雑種強勢は、播種後数⽇で現れる (右下図) (Saeki et al. 2016)。
ü 雑種強勢が現れる前のステージでは、F1は両親系統に⽐べて葉緑体ターゲット遺伝⼦の発現レベルが⾼くなる (Saeki et al.
2016) 。
ü F1は葉⾯積が⼤きいことから、個体あたりの光合成量はF1の⽅が⼤きく、これが雑種強勢の維持と増幅には重要である(Saeki et al. 2016) 。
ü 両親系統の遺伝距離は雑種強勢の程度とは関連性がない(Kawamura et al. 2016)。

26.5 %

Area (mm2)

シロイヌナズナü 雑種強勢は、播種後数⽇で現れる (Fujimoto et al. 2012)。
ü 雑種強勢が現れる前のステージでは、F1は両親系統に⽐べて葉緑体ターゲット遺伝⼦の発現レベルが⾼くなる (右上図)(Fujimoto et al. 2012) 。
ü 光合成活性⾃体は両親系統とF1で変わらないが、F1は葉⾯積が⼤きいことから、個体あたりの光合成量はF1で⼤きく、これが雑種強勢の維持と増幅には重要である (Fujimoto et al. 2012) 。
ü 特定の領域のヘテロ接合性が雑種強勢の発現に関わっている(unpublished data)ü 雑種強勢には、クロマチンリモデリング因⼦DDM1の機能が重要である (右中央図) (Kawanabe, Ishikura, Miyaji et al. 2016)。

ExpectedFrequency
3.1 %
7.6 %

Down80

S27R2960

MPV40

F12000 DAS

2 DAS

4 DAS

6 DAS

神⼾⼤学⼤学院 農学研究科 園芸植物繁殖学研究室
藤本 ⿓ 連絡先：leo@people.kobe-u.ac.jp

発表論⽂
1. Fujimoto R, Taylor JM, Shirasawa S, Peacock WJ, Dennis ES. (2012) Heterosis of Arabidopsis
hybrids between C24 and Col is associated with increased photosynthesis capacity. Proc Natl
Acad Sci USA 109: 7109-7114.
2. Saeki N, Kawanabe T, Ying H, Shimizu M, Kojima M, Abe H, Okazaki K, Kaji M, Taylor JM,Sakakibara H, Peacock WJ, Dennis ES, Fujimoto R. (2016) Molecular and cellularcharacteristics of hybrid vigour in a commercial hybrid of Chinese cabbage. BMC Plant Biol.
16: 45.
3. Kawamura K, Kawanabe T, Shimizu M, Nagano AJ, Saeki N, Okazaki K, Kaji M, Dennis ES,Osabe K, Fujimoto R. (2016) Genetic distance of inbred lines of Chinese cabbage and its
relationship to heterosis. Plant Gene 5: 1-7 .
4. Kawanabe T, Ishikura S, Miyaji N, Sasaki T, Wu L, Itabashi E, Takada S, Shimizu M, TakasakiYasuda T, Osabe K, Peacock WJ, Dennis ES, Fujimoto R (2016) Role of DNA methylation in
hybrid vigor in Arabidopsis thaliana. Proc Natl Acad Sci USA 113: E6704-E6711.
5. 藤本⿓ (2017) アブラナ科植物におけるゲノム多様性および雑種強勢に関する研究.
育種学研究 19: 116-123.
6. Itabashi E, Osabe K, Fujimoto R, Kakizaki T. (2017) Epigenetic regulation of agronomical traitsin Brassicaceae. Plant Cell Rep 37: 87-101 .
7. Fujimoto R, Uezono K, Ishikura S, Osabe K, Peacock WJ, Dennis ES (2018) Recent research on
the mechanism of heterosis is important for crop and vegetable breeding systems. BreedSci 68: 145-158
8. Shea DJ, Shimizu M, Itabashi E, Miyaji N, Miyazaki J, Osabe K, Kaji M, Okazaki K, Fujimoto R.
(2018) Genome re-sequencing, SNP analysis, and genetic mapping of the parental lines of acommercial F1 hybrid cultivar of Chinese cabbage. Breed Sci 68: 375-380.
9. Miyaji N, Fujimoto R. (2018) Hybrid vigor: importance of epigenetic processes andconsequences for breeding. Adv Bot Res 88: 247-275.
学会発表
1. 藤本⿓ (2017) アブラナ科植物におけるゲノム多様性および雑種強勢に関する研究
⽇本育種学会第131回講演会
2. Fujimoto R, Shimizu M, Miyaji N, Takada S, Fukushima N, Kaji M, Peacock WJ, Dennis ES(2016) Characterization of early developmental and yield heterosis in Chinese cabbage.
Brassica 2016

3. 共同研究先
株式会社

渡辺採種場

CSIRO (オーストラリア)

アブラナ科野菜における分子育種
研究期間：2011〜2018年

研究背景・⽬的
アブラナ科野菜の品種育成においては、⾊、形、収量性、耐病性等、品種育成を⾏う上で重要となる形質がある。従来の育種では、これらの形質は、育種家による栽培試験によって選抜がなされてきた。⼀⽅、形質をDNAマーカーにより選抜できれば、育種選抜の効率化を図ることが可能となる。例えば、耐病性おいては、接種試験により抵抗性の有無を判定することが可能であるが、その病害抵抗性に関するDNAマーカーが存在すれば、接種試験を⾏うことなく、抵抗性を判定できる。DNAマーカー選抜は、⼤量個体を扱うことができ、複数の形質を同時に判定することが可能であり、さらに、栽培環境による影響を受けないといった特徴がある。しかし、DNAマーカー選抜を実施するためには、その形質に関わる遺伝⼦が座乗する連鎖領域や、遺伝⼦そのものを特定する必要がある。我々は、アブラナ科野菜における重要形質の連鎖領域や遺伝⼦を特定し、DNAマーカーを作出し、育種 の効率化に貢献することを⽬指して研究を進めている。

実験概要
Ø 遺伝学的解析 (QTL-seq解析等)により、形質に関わる連鎖領域を特定
Ø DNAマーカーの作製
Ø 選抜育種過程におけるDNAマーカーの実証試験

結果と考察
自家不和合性遺伝子のSハプロタイプ同定
アブラナ科植物は、⾃⼰の花粉との受精を拒絶する⾃家不和合性という性質を持っている。この性質は、F1品種の採種に利⽤されている。⾃家不和合性は、1つの遺伝⼦座によって制御されており、花粉側因⼦と柱頭側因⼦が同じSハプロタイプ由来であると、受精が拒絶される。つまり、品種育成においては、異なるSハプロタイプを両親系統に⽤いる必要がある。育種素材においてSハプロタイプを同定することで、事前に交配が可能であるかを把握することができる。また、作製したF1においては、⾃殖種⼦の混⼊が防がれているかを確認する必要があり、DNAマーカーによるSハプロタイプ同定法を利⽤することで、F1種⼦の純度検定が可能となる。
ü DNAマーカーを⽤いて、ハクサイ、コマツナの近交系のSハプロタイプ同定を実施した (Kawamura etal. 2015) 。
ü DNAマーカーを⽤いて、キャベツ市販品種におけるSハプロタイプ同定を実施し(Kawamura et al.
2017)、新規DNAマーカーを作製した (unpublished data) 。
ü ハクサイ、キャベツにおいて、多型検出能⼒が⾼いSSRマーカーを⾒出した (Kawamura et al. 2015,2017)
病害抵抗性遺伝子の同定
ü ハクサイにおいて、萎⻩病抵抗性遺伝⼦を同定した (Shimizu et al. 2014)。
ü ハクサイにおける、萎⻩病抵抗性DNAマーカーを開発した (Shimizu et al. 2014, Kawamura et al.
2015)
ü キャベツにおいて、萎⻩病抵抗性遺伝⼦を同定した (Shimizu et al. 2015)。
ü キャベツにおいて、萎⻩病抵抗性DNAマーカーを開発した (Shimizu et al. 2015, Kawamura et al.
2017)
ü キャベツにおいて、根こぶ病抵抗性の遺伝様式を明らかにし (Tomita et al. 2012)、DNAマーカー選抜により、キャベツ市販品種の抵抗性を予測した (Kawamura et al. 2017)。
晩抽性に関わるDNAマーカーの作製
アブラナ科葉菜類は、出荷前に花芽をつけると商品価値が損なわれるため、開花が遅い (抽だいが遅い) 晩抽性が重要な形質となる (Shea et al. 2018)。そこで、アブラナ科葉菜類の晩抽性の分⼦機構を理解し、DNAマーカー選抜を育種過程へ導⼊することを試みている。

神戸大学大学院 農学研究科 園芸植物繁殖学研究室
藤本 龍 連絡先：leo@people.kobe-u.ac.jp

発表論⽂
1. Pu Z et al. (2012) Genetic mapping of a fusarium wilt resistance gene in Brassica oleracea.
Mol Breed 30: 809-818.
2. Shimizu M et al. (2014) Identification of candidate genes for Fusarium yellows resistance inChinese cabbage by differential expression analysis. Plant Mol Biol 85: 247-257.
3. Shimizu M et al. (2015) Map-based cloning of a candidate gene conferring Fusarium yellows
resistance in Brassica oleracea. Theor Appl Genet 128: 119-130.
4. Kawamura et al. (2015) Genetic characterization of inbred lines of Chinese cabbage by DNAmarkers; towards the application of DNA markers to breeding of F1 hybrid cultivars. DataBrief 6: 229-237.
5. Pu Z et al. (2016) Changes in the proteome of xylem sap in Brassica oleracea in response toFusarium oxysporum stress. Front Plant Sci 7: 31.
6. Kawanabe T et al. (2016) Development of primer sets that can verify the enrichment ofhistone modifications, and their application to examining vernalization-mediated chromatinchanges in Brassica rapa L. Genes Genet Syst 91: 1-10.
7. Kawamura K et al. (2017) Assessment of DNA markers for seed contamination testing andselection of disease resistance in cabbage. Euphytica 213: 28.
8. Miyaji N et al. (2017) Comparison of transcriptome profiles by Fusarium
oxysporum inoculation between Fusarium yellows resistant and susceptible lines in Brassica
rapa L. Plant Cell Rep 36: 1841-1854.
9. Shea DJ et al. (2018) The role of FLOWERING LOCUS C in vernalization of Brassica: theimportance of vernalization research in the face of climate change. Crop & Pasture Sci 69:30-39.
特許
ü アブラナ科植物のS遺伝⼦型同定⽅法 (特願２００３−７８５９０)
発明者：⻄尾剛、藤本⿓、岡本俊介、⾚松豊和、坂本浩司、榛澤英昭
ü 萎⻩病菌耐性を有するポリヌクレオチド、及びその利⽤、並びにアブラナ科植物の萎⻩病菌に対する耐性の判定⽅法」(特開2015-073509 )発明者：岡崎桂⼀、藤本⿓、川辺隆⼤、清⽔元樹、蒲⼦じん 、加治誠 、⻑岡朝彦

共同研究先
株式会社

渡辺採種場

新潟⼤学⼤学院⾃然科学研究科
農研機構

野菜花き研究部⾨