研究プロジェクト

ネギでは、キアズマが染色体の動原体周辺に偏在する現象がみられる。散在型キアズマをもつタマネギとの遺伝子交換は限定的に起こるので、その遺伝的制御機構は十分に解明されていない。両種の全ゲノム解読の進展により、キアズマ形成に関与する遺伝子領域の探索が可能となってきた。既存研究基盤を活かし、種分化の痕跡を追求しながらキアズマ形成の遺伝的制御機構を解明することで、種間雑種不稔の問題を解決する手段を見出せる。過去の細胞遺伝学的研究の知見と最新のゲノム解析技術を結集し、ネギ属栽培種のキアズマ形成に関する未解明の側面を明らかにすることで、種分化理解と品種改良に関する新たな洞察を加えることが期待される。

遺伝子組換え技術は、研究者にとっては生命線ともいえる存在であるが、一方で我が国の一般社会からは忌避すべき対象として見られている。そこで本研究では、農作物育種を遺伝子組換えの制約から解放し、研究者と一般社会（消費者）の双方にとって親和性の高い農作物の高速育種法『タンパク質駆動型育種（Protein-driven breeding）』を開発する。

様々な環境に対応した作物を創りだすことは、非常に重要である。植物育種では、様々な変異を持つ親を交配し両親よりも優れた子供を作り出す方法がある。一般的に、種を超えての交配は様々な形質を持つ子供を作る事ができ、魅力的な方法である。しかし、遠縁の種を交配に用いた場合、雑種初期胚から片親の染色体が選択的に排除される、染色体脱落現象が報告されている。このため、育種に利用可能な変異は非常に限られている。本研究では、雌親にパンコムギとエンバクを使用し、花粉親に、10種のPennisetum属植物を用いた際に発生する染色体脱落を引き起こす因子の特定にある。 

ゲノミック選抜（GS）を小規模でも高効率に行うことができれば、民間種苗会社などで、その実装が急速に進むと期待される。そのためには、単純にGSを適用するのではなく、データをもとに育種過程を常に最適化しながら、高効率に選抜と交配を繰り返す必要がある。そこでは、数世代先を「先読み」しながら、最適な戦略で育種を進めることが重要である。本研究では、囲碁・将棋のAIとしても用いられている強化学習を用いて、有用ゲノム領域を効率的に集積する小規模・高効率育種システムを開発する。 

本研究は、パールミレットとコムギとの亜種間交雑による倍加半数体技術とゲノム編集技術を融合することで、形質転換体の作出が困難なコムギにおいてもゲノム編集を可能にする新しい技術を開発するのが目的である。パールミレット花粉にRNPを発現させ、パールミレットの精細胞をRNPのキャリアーとして使い、受精時にコムギの標的ゲノム領域を編集する。本技術は、キメラフリー、外来遺伝子フリーのゲノム編集コムギを作出できるだけでなく、乾燥に強く、冷凍保存できるパールミレット花粉の特徴を生かし、花粉を利用したゲノム編集試薬の創出が期待される。

①主要穀物、野菜、果樹等の育種情報 の収集・一元管理、形質予測モデル の構築、高速フェノタイピングのた めの形質評価技術の開発により、多 品目で品種開発を加速化する育種効 率化基盤を構築する。 ②育種AIにより最適な交配組合せや優 良な選抜個体を予測し、効率的な育 種計画等を提示する育種支援ツール や、形質評価のための画像解析が可 能なプログラム等を開発・実証する。 

強度のストレス耐性を持つ野生イネ属の雑草を主な研究対象にして、農作物が備える特徴（脱粒性除去、種子の肥大、収量増加）を野生植物（雑草）に付与し、従来の作物育種で解決できないストレス耐性を備える新奇作物を、超短期間に作り出すことを目指す。具体的には、交雑による従来育種では利用が難しいイネ属野生種に独自の遺伝子導入技術を介したゲノム編集により脱粒性や穀粒の大きさを制御し、農作物として有利な形質を付与し食糧資源化する。さらに、生殖細胞の融合により、栽培種とは遺伝的に遠縁で交雑できないイネ属野生種がもつ優良形質と栽培種が持つ農作物としての特徴が共存するイネ属新種作物を作り出し、新たな食糧資源の開拓を目指す。本格研究では、耐塩性イネ属野生種に栽培形質を付与し、気候変動で世界的に広がる塩害耕作地でも育つ、新奇作物を開発する。

タンパク源として重要なダイズを材料に、作物と微生物叢の集合体「ホロビオント」を改良する育種法を確立する。根箱・混作試験からホロビオントのマルチオミクスデータを収集し、根系構造や根圏滲出代謝物等の作物側の特性を介してホロビオントの炭素固定能と蓄積能を向上させる研究を進める。最終的には、ゲノム編集やゲノミック選抜を用いてホロビオントを改良する手法とモデルをもとに適地適作を実現するシステムを構築する。

本研究は、世界第２位のコムギ生産大国であるインド北部に広がるヒンドゥスタン平原で、生物的硝化抑制（ＢＮＩ）能※を活用し、コムギ栽培農地へ施肥された窒素が、温室効果ガスである亜酸化窒素や、地下水を汚染する硝酸態窒素として損出することを低減することで、窒素利用効率を改善し、施肥窒素量を削減することを目指す。コムギ近縁野生種のＢＮＩ能を持つ染色体断片をプレブリーディング技術により現地のエリートコムギ品種へ組み込むとともに、同染色体断片中のＢＮＩ関連遺伝子の探索を行う。また、作出されたＢＮＩ強化コムギ系統による窒素損出の低減を確認するとともに、環境の異なる３つの地域での連携試験を実施し、それぞれの地域でのＢＮＩ強化コムギの適応性を評価する。インドにおける品種登録に向け、全インドコムギ連絡試験（ＡＩＣＲＰ－Ｗｈｅａｔ）の仕組 みを活用した農家ほ場でのＢＮＩ形質の発現による便益である施肥窒素量の削減と窒素による環境汚染軽減の実現を図る。 ※植物が根から分泌する化学物質によって、土壌中のアンモニア態窒素（ＮＨ４＋）から硝酸態窒素（ＮＯ３－）への変化（硝化）を抑える能力。肥料の効率的な利用と農地からの温室効果ガス排出削減につながる。

ゼロエミッション、ネガティブエミッションを加速するために、より高効率にCO2を固定す る植物を開発することにより新たな資源循環システムの実現を促進する。 具体的には、 (1) CO2固定能力に優れ、高密度・高強度の木材を形成する針葉樹、早生樹を創出し、さらに 栽培可能地域の拡大が可能な性質（環境適応性）を付与する技術を開発する、 (2) 作物（イネもしくはコムギをベースとする）としての基本性質を維持しつつ、稈や葉節に より多くの炭素を固定する新作物、および温帯に適応した新たな草本系高バイオマス性植物、 を創出する技術を開発する。 これらをゲノム編集による遺伝子最適化、超遠縁ハイブリッド作成および微生物共生最適化 の組合せによって実現する。