ナショナルバイオリソースプロジェクト・トマト(NBRP Tomato・文部科学省・R3-R7)
イノベーション創出基礎的研究推進事業(イノベ・R3-R5)
産学共創プラットフォーム共同研究推進プログラム(OPERA・JST・R1-)
科学研究費補助金(基盤研究・R3-R6)
遺伝育種学や園芸科学分野において、ゲノミクスツールの開発は基礎および応用研究の発展に大きく貢献します。蔬菜花卉研究学グループでは、矮性トマト品種マイクロトムを利用した世界最大規模のトマト変異体を保有しており、高糖度、高カロテノイド含量、あるいは高アミノ酸含量など機能性成分に富んだ変異体や、単為結果性等の重要な育種形質を示す変異体を選抜してその原因遺伝子を同定する研究を実施しています。また、ゲノム科学的手法(バイオインフォマティクス)を活用して効率的に目的の変異体を選抜する技術の開発も行っています。これらの変異体は基礎研究を通じたライフサイエンス研究の発展に寄与するのみならず、新規品種開発といった開発研究にも大きく寄与します。
図.蔬菜花卉研究室は世界最大のトマト変異体集団を保有しています。
図. 変異体の網羅的なゲノム情報解析を通じた効率的変異体選抜技術開発の研究を行っています。
Development and Application of Horticultural Genomics Tools
In plant breeding and horticultural science, the development of genomics tools has contributed significantly to the advancement of basic and applied research. The Olericulture and Floricultural Research Group owns the world’s most extensive collection of tomato mutants using the dwarf tomato variety Micro-Tom. It is conducting research to screen for mutants exhibiting important breeding traits such as parthenocarpy and improved nutrient content, as well as to identify the genes responsible for them. We are also developing new technologies for the efficient selection of target mutants using a genome science approach. In addition, we are conducting research on the rapid breeding of tomatoes using genome editing technology that enables efficient modification of target sites. These studies are being conducted in collaboration with private companies, with the ultimate goal of developing new varieties.
着果は子房が果実へと分化する時期であり、その効率は果実作物の収量を決定する重要な要因です。着果は通常受粉と受精後に幾つかの植物ホルモンの情報伝達経路を経て誘導されます。特に、オーキシンとジベレリンは着果後に子房内部で誘導され、それぞれ子房内部の活発な細胞分裂と細胞肥大に寄与しています。一方、幾つかの果実作物は受粉や受精が無くても果実が肥大することことがあります。これは単為結果と呼ばれる現象です。例えば高温のように着果が阻害されるような環境条件においても、単為結果性を果実作物に付与させることで高い収量性を維持させることができます。しかし、単為結果の分子機構は未解明な部分が多いのが現状です。そこで、トマトの変異体や各種オミックス解析等を通じて着果性や単為結果の分子メカニズムを解明する研究を行っています。
Exploring Molecular Aspects of Fruit Setting and Parthenocarpy in Tomato
Fruit set is the critical developmental phase of the ovary into fruit and is an important process, and its efficiency determines the yield of fruit-bearing crops. Fruit set is normally induced by pollination and fertilization through the cascades of several plant hormones, such as auxin and gibberellin, contributing to active cell division and expansion, respectively, within the fertilized ovary. In contrast, some fruit varieties can develop without either pollination or fertilization by a process termed parthenocarpy. Thus, the parthenocarpic character can confer fruit-bearing crops with stable fruit production under adverse environmental conditions, such as high temperature, which hinders fruit set. However, the mechanism underlying parthenocarpy remains elusive. Using tomato mutants and multi-level omics analysis, we have been exploring the mechanism by which fruit set and parthenocarpy are induced. For further details, please refer to our selected paper.
図.単為結果変異体procera/Sldellaの子房は開花前でも受粉無しで肥大する。
図.単為結果遺伝子変異を持つトマト(右)は、変異を持たないトマトと比較して暑い時期での収量性に優れている。
ゲノム編集技術とは、標的部位の効率的改変を可能にするDNA改変技術です。本研究グループではゲノム編集技術の園芸作物への適応研究を推進しています。ゲノム編集技術を活用することで、迅速なトマトの品種改良を実施する研究も行っています。これらの研究では民間企業等と共同研究を行っており、新規品種開発を最終目標としています。特に、受粉がなくても果実が肥大する単為結果性や、機能性成分の高蓄積など高品質化を目指した品種開発を行なっています。
図.一塩基DNA改変ゲノム編集技術Target-AIDによって作出された単為結果性トマト
植物のゲノムには、核に存在する核ゲノムと、細胞質に存在するミトコンドリアゲノムと葉緑体ゲノムがあります。細胞質雄性不稔性(Cytoplasmic Male Sterility, CMS)とは、核ゲノムとミトコンドリアゲノムの遺伝子産物の不親和性から引き起こされる雄性不稔性のことを言い、両ゲノム間の正常なコミュニケーションが花粉発達に重要であることを示しています。CMSはイネ、小麦、玉ねぎ、アブラナ科野菜、ひまわりなど150を超える多様な植物で見られる現象です。我々はゲノム解析を通じてこのメカニズム解明に向けた研究を行なっています。
Decoding the Secret of Cytoplasmic Male Sterility by Genome Analysis.
The plant genome includes the nuclear genome, which resides in the nucleus, and the mitochondrial and chloroplast genomes, which reside in the cytoplasm. Cytoplasmic Male Sterility (CMS) refers to male sterility caused by incompatibility of the gene products of the nuclear and mitochondrial genomes, which in turn indicating that normal communication between the two genomes is important for pollen development. CMS is a phenomenon observed in more than 150 diverse plants, including rice, wheat, onions, cruciferous vegetables, and sunflowers. We are conducting research to elucidate this mechanism through genome analysis. Through this research, we also aim to establish efficient F1 seed production technology.