イネの細胞質雄性不稔性

　花粉は環境ストレスを受けやすく、たとえば、イネが冷害を受けて花粉が不稔になることはよく知られています。私たちは、花粉発達に関わる遺伝子の研究を行っています。また、花粉発達にはミトコンドリアが特に重要な役割を果たします。私たちはミトコンドリアの分化、遺伝子発現制御および核との相互作用について研究しています。核とミトコンドリアの相互作用により花粉が死滅する細胞質雄性不稔という現象が知られています。私たちはイネの細胞質雄性不稔／稔性回復システムの分子機構を植物環境適応という観点から研究しています。このシステムはハイブリッドライスの育種への応用も可能です。

　細胞質雄性不稔性は比較的遠縁のイネを連続戻し交配し、核とミトコンドリアの組み合わせを変えた時によく見られる現象です。つまり、核とミトコンドリアの組み合わせが悪い時に花粉やおしべに異常が起こり、種子ができなくなる現象です。花粉をダメにしているのは、ミトコンドリアの遺伝子です。一方、核に稔性回復遺伝子が存在すると、ミトコンドリアの雄性不稔遺伝子の働きが抑制され、正常に花粉が形成されます。イネには様々な品種、系統があります。栽培イネだけでなく、野生イネも存在します。したがって、細胞質雄性不稔性にも様々なタイプがあり、様々な雄性不稔遺伝子とそれに対応する稔性回復遺伝子の組み合わせが存在します。例えば、私たちが明らかにしたBT型細胞質雄性不稔性では、ミトコンドリアのorf79という遺伝子が雄性不稔遺伝子で、核にRf1という稔性回復遺伝子が存在すると稔性が回復します。その際、Rf1遺伝子から作られたRF1タンパク質がミトコンドリアに移行し、orf79 mRNAを認識し切断することによりorf79遺伝子の働きを抑制します。また、CW型細胞質雄性不稔性は、極めてユニークな仕組みで引き起こされます。核に存在するRf17という遺伝子は、通常のイネでは通常のレベルで発現しています。しかし、雄性不稔性を引き起こすミトコンドリアと組み合わさるとRf17の発現レベルが上昇し、それが原因で花粉ができなくなってしまいます。そのようなミトコンドリアとの組み合わせでも通常の発現レベルを維持できるRf17遺伝子の対立遺伝子が存在し、それが稔性回復遺伝子となります。

　このように、私たちは様々な雄性不稔性イネを作出し、雄性不稔性遺伝子および稔性回復遺伝子の同定、稔性回復の仕組みの解明を行っています。ミトコンドリアと核の花粉をめぐる争いの真相を、分子遺伝学的手法、遺伝子工学的手法を用いて解き明かすことを目的に研究を行っています。

野生イネの花と細胞質を置換した栽培イネの花粉。ミトコンドリア遺伝子が花粉の運命を決める。

Toriyama et al (2024) Plant J (in press)

Ichida et al (2023) Plant Biotechnol 40, 109-112

Takatsuka et al (2021) Rice 14, 46

Omukai et al (2021) Plant Physiol 187, 236-246

Toriyama (2021) Plant Biotechnol 38, 285-295

Suketomo et al (2020) Plant Biotechnol 37, 285-292

Toriyama et al (2019) Rice 12, 73

Kazama et al (2019) Nat Plants 5, 722-730

Igarashi et al (2016) Plant Cell Physiol 57, 2187-2193

Kazama, Toriyama (2016) PLOS ONE 11, 1-13

Toriyama, Kazama (2016) Rice 9, 1-4

Kazama et al (2016) Plant J 85, 707-716

Fujii et al (2014) Rice 7, 21

Kazama, Toriyama (2014) Rice 7, 28

Okazaki et al (2013) Plant Cell Physiol 54, 1560-1568

鳥山欽哉 (2013) 育種学研究 15, 63-67

Igarashi et al (2013) Plant Cell Physiol 54, 237-243

Itabashi et al (2011) Plant J 65, 359-367

Fujii et al (2010) Plant Cell Physiol 51, 610-620

Fujii et al (2010) BMC Genomics 11, 209

Kojima et al (2010) Plant Biotechnol 27, 111-114

Fuji, Toriyama (2009) Proc Natl Acad Sci USA 106, 9513-9518

Fujii et al (2009) Plant Cell Physiol 50, 828-837

Itabashi et al (2009) Plant Cell Rep 28, 233-239

Fujii, Toriyama (2008) Plant Cell Physiol 49, 1484-1494

Kazama et al (2008) Plant J 55, 619-628

Fuji, Toriyama (2008) Plant Cell Physiol 49, 633-640

Fujii et al (2008) Biotechnol Agri Forestry 62, 205-215

Fujii et al (2007) Plant Mol Biol 63, 405-417

Fujii, Toriyama (2005) Theor Appl Genet 111,696-701

Kazama, Toriyama (2003) FEBS Lett 544, 99-102

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