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松岡 由浩大学院農学研究科 生命機能科学専攻教授
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■ 論文- Aegilops tauschii Coss., a progenitor of bread wheat, is an important wild genetic resource for breeding. The species comprises three genetically defined lineages (TauL1, TauL2, and TauL3), each displaying distinctive phenotypes in various agronomic traits, including spike shape. In the present work, we studied the relationship between population structure and spike shape variation patterns using a collection of 249 accessions. f4-statistics-based ancestry profiling confirmed the previously identified lineages and revealed a genetic component derived from TauL3 in the genomes of some southern Caspian and Transcaucasus TauL1 and TauL2 accessions. Spike shape variation patterns were analyzed using a convolutional neural network-based approach, trained on green and dry spike image datasets. This analysis showed that spike shape diversity is structured according to lineages and demonstrated that the lineages can be distinguished based on spike shape. The implications of these findings for the origins of common wheat and the intraspecific taxonomy of Ae. tauschii are discussed.2025年05月, Proceedings of the Japan Academy. Series B, Physical and biological sciences, 英語, 国内誌[査読有り]研究論文（学術雑誌）
- Abstract Aegilops tauschii Coss. (DD genome) is a wild, annual species recognized as a progenitor of common wheat (Triticum aestivum L., AABBDD genome). As an important genetic resource for wheat breeding, many accessions of this species are now available from genebanks, providing opportunities for evolutionary and agronomic research. To date, three divergent lineages—TauL1, TauL2, and TauL3—have been identified in this species based on DNA-level genotypes. Among them, TauL3 may have played a critical role in shaping the D genome of common wheat, but its accessions are limited in both geographic origin (previously known only from Georgia) and availability. In this paper, we report TauL3 accessions sampled from previously undocumented habitats in Armenia, Azerbaijan, and Iran, discovered while assessing a collection of Ae. tauschii accessions. The newly identified TauL3 accessions suggest that this lineage has a broader distribution in the Transcaucasus and adjacent regions than previously thought. Together with Georgian TauL3 accessions, they provide valuable materials for research on the role of TauL3 in the evolution of common wheat, as well as for breeding practices utilizing Ae. tauschii germplasm. Nevertheless, TauL3 remains an exceptionally rare lineage. Conserving its natural habitats is an urgent priority.Springer Science and Business Media LLC, 2025年05月, Genetic Resources and Crop Evolution[査読有り]研究論文（学術雑誌）
- Wheat blast, a devastating disease having spread recently from South America to Asia and Africa, is caused by Pyricularia oryzae (synonym of Magnaporthe oryzae) pathotype Triticum, which first emerged in Brazil in 1985. Rmg8 and Rmg7, genes for resistance to wheat blast found in common wheat and tetraploid wheat, respectively, recognize the same avirulence gene, AVR-Rmg8. Here we show that an ancestral resistance gene, which had obtained an ability to recognize AVR-Rmg8 before the differentiation of Triticum and Aegilops, has expanded its target pathogens. Molecular cloning revealed that Rmg7 was an allele of Pm4, a gene for resistance to wheat powdery mildew on 2AL, whereas Rmg8 was its homoeologue on 2BL ineffective against wheat powdery mildew. Rmg8 variants with the ability to recognize AVR-Rmg8 were distributed not only in Triticum spp. but also in Aegilops speltoides, Aegilops umbellulata and Aegilops comosa. This result suggests that the origin of resistance gene(s) recognizing AVR-Rmg8 dates back to the time before differentiation of A, B, S, U and M genomes, that is, ~5 Myr before the emergence of its current target, the wheat blast fungus. Phylogenetic analyses suggested that, in the evolutionary process thereafter, some of their variants gained the ability to recognize the wheat powdery mildew fungus and evolved into genes controlling dual resistance to wheat powdery mildew and wheat blast.2024年06月, Nature plants, 英語, 国際誌[査読有り]研究論文（学術雑誌）
- 2023年, Genetic Resources and Crop Evolution[査読有り]研究論文（学術雑誌）
- The aim of the presented study is a genetic characterization of the hexaploid wheat Triticum aestivum L. Two approaches were used for the genealogical study of hexaploid wheats-the complete sequencing of chloroplast DNA and PCR-based haplotype analysis of the fourth intron of Wknox1d and of the fifth-to-sixth-exon region of Wknox1b. The complete chloroplast DNA sequences of 13 hexaploid wheat samples were determined: Free-threshing-T. aestivum subsp. aestivum, one sample; T. aestivum subsp. compactum, two samples; T. aestivum subsp. sphaerococcum, one sample; T. aestivum subsp. carthlicoides, four samples. Hulled-T. aestivum subsp. spelta, three samples; T. aestivum subsp. vavilovii jakubz., two samples. The comparative analysis of complete cpDNA sequences of 20 hexaploid wheat samples (13 samples in this article plus 7 samples sequenced in this laboratory in 2018) was carried out. PCR-based haplotype analysis of the fourth intron of Wknox1d and of the fifth-to-sixth exon region of Wknox1b of all 20 hexaploid wheat samples was carried out. The 20 hexaploid wheat samples (13 samples in this article plus 7 samples in 2018) can be divided into two groups-T. aestivum subsp. spelta, three samples and T. aestivum subsp. vavilovii collected in Armenia, and the remaining 16 samples, including T. aestivum subsp. vavilovii collected in Europe (Sweden). If we take the cpDNA of Chinese Spring as a reference, 25 SNPs can be identified. Furthermore, 13-14 SNPs can be identified in T. aestivum subsp. spelta and subsp. vavilovii (Vav1). In the other samples up to 11 SNPs were detected. 22 SNPs are found in the intergenic regions, 2 found in introns, and 10 SNPs were found in the genes, of which seven are synonymous. PCR-based haplotype analysis of the fourth intron of Wknox1d and the fifth-to-sixth-exon region of Wknox1b provides an opportunity to make an assumption that hexaploid wheats T. aestivum subsp. macha var. palaeocolchicum and var. letshckumicum differ from other macha samples by the absence of a 42 bp insertion in the fourth intron of Wknox1d. One possible explanation for this observation would be that two Aegilops tauschii Coss. (A) and (B) participated in the formation of hexaploids through the D genome: Ae. tauschii (A)-macha (1-5, 7, 8, 10-12), and Ae. tauschii (B)-macha M6, M9, T. aestivum subsp. aestivum cv. 'Chinese Spring' and cv. 'Red Doly'.2021年11月, International journal of molecular sciences, 22(23) (23), 英語, 国際誌[査読有り]研究論文（学術雑誌）
- 2021年07月, Journal of General Plant Pathology, 87(4) (4), 201 - 208[査読有り]研究論文（学術雑誌）
- Avirulence of Eleusine isolates of Pyricularia oryzae on common wheat is conditioned by at least five avirulence genes. One is PWT3 corresponding to resistance gene Rwt3 located on chromosome 1D. We identified a resistance gene corresponding to a second avirulence gene, PWT6, and named it Rmg9 (Rwt6). Rwt6 was closely linked to Rwt3. A survey of the population of Aegilops tauschii, the D genome donor to common wheat, revealed that some accessions from the southern coastal region of the Caspian Sea, the birthplace of common wheat, carried both genes. Rwt6 and Rwt3 carriers accounted for 65% and 80%, respectively, of accessions in a common wheat landrace collection. The most likely explanation of our results is that both resistance genes were simultaneously introduced into common wheat at the time of hybridization of Triticum turgidum and Ae. tauschii. However, a prominent difference was recognized in their geographical distributions in modern wheat; Rwt3 and Rwt6 co-occurred at high frequencies in regions to the east of the Caspian Sea, whereas Rwt6 occurred at a lower frequency than Rwt3 in regions to the west. This difference was considered to be associated with range of pathotypes to which these genes were effective. Ae. tauschii accessions carrying Rwt3 and Rwt6 also carried Rwt4, another resistance gene involved in the species specificity. We suggest that the gain of the D genome should have given an adaptive advantage to the genus Triticum by conferring disease resistance.2021年05月, Phytopathology, 111(11) (11), PHYTO02210080R - 2029, 英語, 国際誌[査読有り]研究論文（学術雑誌）
- 2021年05月, DIVERSITY-BASEL, 13(5) (5), 英語[査読有り]研究論文（学術雑誌）
- 2021年02月, PLANTS-BASEL, 10(2) (2), 英語[査読有り]研究論文（学術雑誌）
- Wiley, 2020年12月, Ecology and Evolution, 10(24) (24), 13926 - 13937[査読有り]研究論文（学術雑誌）
- 2019年04月, GENETIC RESOURCES AND CROP EVOLUTION, 66(4) (4), 909 - 920, 英語[査読有り]研究論文（学術雑誌）
- Nature Publishing Group, 2017年12月, Scientific Reports, 7(1) (1), 英語[査読有り]研究論文（学術雑誌）
- Nature Publishing Group, 2016年12月, Scientific Reports, 6, 英語[査読有り]研究論文（学術雑誌）
- BioMed Central Ltd., 2015年09月, BMC Evolutionary Biology, 15(1) (1), 英語[査読有り]研究論文（学術雑誌）
- BioMed Central Ltd., 2014年09月, BMC Plant Biology, 14(1) (1), 英語[査読有り]研究論文（学術雑誌）
- 2014年, International Review of Cell and Molecular Biology, 309, 199 - 258, 英語[査読有り]研究論文（学術雑誌）
- The complex process of allopolyploid speciation includes various mechanisms ranging from species crosses and hybrid genome doubling to genome alterations and the establishment of new allopolyploids as persisting natural entities. Currently, little is known about the genetic mechanisms that underlie hybrid genome doubling, despite the fact that natural allopolyploid formation is highly dependent on this phenomenon. We examined the genetic basis for the spontaneous genome doubling of triploid F1 hybrids between the direct ancestors of allohexaploid common wheat (Triticum aestivum L., AABBDD genome), namely Triticumturgidum L. (AABB genome) and Aegilopstauschii Coss. (DD genome). An Ae. tauschii intraspecific lineage that is closely related to the D genome of common wheat was identified by population-based analysis. Two representative accessions, one that produces a high-genome-doubling-frequency hybrid when crossed with a T. turgidum cultivar and the other that produces a low-genome-doubling-frequency hybrid with the same cultivar, were chosen from that lineage for further analyses. A series of investigations including fertility analysis, immunostaining, and quantitative trait locus (QTL) analysis showed that (1) production of functional unreduced gametes through nonreductional meiosis is an early step key to successful hybrid genome doubling, (2) first division restitution is one of the cytological mechanisms that cause meiotic nonreduction during the production of functional male unreduced gametes, and (3) six QTLs in the Ae. tauschii genome, most of which likely regulate nonreductional meiosis and its subsequent gamete production processes, are involved in hybrid genome doubling. Interlineage comparisons of Ae. tauschii's ability to cause hybrid genome doubling suggested an evolutionary model for the natural variation pattern of the trait in which non-deleterious mutations in six QTLs may have important roles. The findings of this study demonstrated that the genetic mechanisms for hybrid genome doubling could be studied based on the intrinsic natural variation that exists in the parental species.2013年, PloS one, 8(8) (8), e68310, 英語, 国際誌[査読有り]研究論文（学術雑誌）
- Few genes are available to develop drought-tolerant bread wheat (Triticum aestivum L.) cultivars. One way to enhance bread wheat's genetic diversity would be to take advantage of the diversity of wild species by creating synthetic hexaploid wheat (SW) with the genomic constitution of bread wheat. In this study, we compared the expression of traits encoded at different ploidy levels and evaluated the applicability of Aegilops tauschii drought-related traits using 33 Ae. tauschii accessions along with their corresponding SW lines under well-watered and drought conditions. We found wide variation in Ae. tauschii, and even wider variation in the SW lines. Some SW lines were more drought-tolerant than the standard cultivar Cham 6. Aegilops tauschii from some regions gave better performing SW lines. The traits of Ae. tauschii were not significantly correlated with their corresponding SW lines, indicating that the traits expressed in wild diploid relatives of wheat may not predict the traits that will be expressed in SW lines derived from them. We suggest that, regardless of the adaptability and performance of the Ae. tauschii under drought, production of SW could probably result in genotypes with enhanced trait expression due to gene interactions, and that the traits of the synthetic should be evaluated in hexaploid level.2011年12月, Breeding science, 61(4) (4), 347 - 57, 英語, 国内誌[査読有り]研究論文（学術雑誌）
- The evolution of the polyploid Triticum wheats is distinctive in that domestication, natural hybridization and allopolyploid speciation have all had significant impacts on their diversification. In this review, I outline the phylogenetic relationships of cultivated wheats and their wild relatives and provide an overview of the recent progress and remaining issues in understanding the genetic and ecological factors that favored their evolution. An attempt is made to view the evolution of the polyploid Triticum wheats as a continuous process of diversification that was initiated by domestication of tetraploid emmer wheat and driven by various natural events ranging from interploidy introgression via hybridization to allopolyploid speciation of hexaploid common wheat, instead of viewing it as a group of discrete evolutionary processes that separately proceeded at the tetraploid and hexaploid levels. This standpoint underscores the important role of natural hybridization in the reticulate diversification of the tetraploid-hexaploid Triticum wheat complex and highlights critical, but underappreciated, issues that concern the allopolyploid speciation of common wheat.2011年05月, Plant & cell physiology, 52(5) (5), 750 - 64, 英語, 国内誌[査読有り]研究論文（学術雑誌）
- 2010年03月, Molecular Ecology, 19(5) (5), 999 - 1013, 英語[査読有り]研究論文（学術雑誌）
- 2009年05月, Plant Systematics and Evolution, 279(1-4) (1-4), 233 - 244, 英語[査読有り]研究論文（学術雑誌）
- 2009年, Breeding Science, 59(5) (5), 579 - 588, 英語[査読有り]研究論文（学術雑誌）
- Because of the economic importance of maize and its scientific importance as a model system for studies of domestication, its evolutionary history is of general interest. We analyzed the population genetic structure of maize races by genotyping 964 individual plants, representing almost the entire set of ∼350 races native to the Americas, with 96 microsatellites. Using Bayesian clustering, we detected four main clusters consisting of highland Mexican, northern United States (US), tropical lowland, and Andean races. Phylogenetic analysis indicated that the southwestern US was an intermediary stepping stone between Mexico and the northern US. Furthermore, southeastern US races appear to be of mixed northern flint and tropical lowland ancestry, while lowland middle South American races are of mixed Andean and tropical lowland ancestry. Several cases of post-Columbian movement of races were detected, most notably from the US to South America. Of the four main clusters, the highest genetic diversity occurs in highland Mexican races, while diversity is lowest in the Andes and northern US. Isolation by distance appears to be the main factor underlying the historical diversification of maize. We identify highland Mexico and the Andes as potential sources of genetic diversity underrepresented among elite lines used in maize breeding programs.2008年10月, American journal of botany, 95(10) (10), 1240 - 53, 英語, 国際誌[査読有り]研究論文（学術雑誌）
- 2008年09月, PLoS ONE, 3(9) (9), 英語[査読有り]研究論文（学術雑誌）
- Springer Science and Business Media LLC, 2008年09月, Genetic Resources and Crop Evolution, 55(6) (6), 861 - 868[査読有り]研究論文（学術雑誌）
- Evolutionary dynamics of wheat mitochondrial gene structure with special remarks on the origin and effects of RNA editing in cereals.We investigated the evolutionary dynamics of wheat mitochondrial genes with respect to their structural differentiation during organellar evolution, and to mutations that occurred during cereal evolution. First, we compared the nucleotide sequences of three wheat mitochondrial genes to those of wheat chloroplast, alpha-proteobacterium and cyanobacterium orthologs. As a result, we were able to (1) differentiate the conserved and variable segments of the orthologs, (2) reveal the functional importance of the conserved segments, and (3) provide a corroborative support for the alpha-proteobacterial and cyanobacterial origins of those mitochondrial and chloroplast genes, respectively. Second, we compared the nucleotide sequences of wheat mitochondrial genes to those of rice and maize to determine the types and frequencies of base changes and indels occurred in cereal evolution. Our analyses showed that both the evolutionary speed, in terms of number of base substitutions per site, and the transition/transversion ratio of the cereal mitochondrial genes were less than two-fifths of those of the chloroplast genes. Eight mitochondrial gene groups differed in their evolutionary variability, RNA and Complex I (nad) genes being most stable whereas Complex V (atp) and ribosomal protein genes most variable. C-to-T transition was the most frequent type of base change; C-to-G and G-to-C transversions occurred at lower rates than all other changes. The excess of C-to-T transitions was attributed to C-to-U RNA editing that developed in early stage of vascular plant evolution. On the contrary, the editing of C residues at cereal T-to-C transition sites developed mostly during cereal divergence. Most indels were associated with short direct repeats, suggesting intra- and intermolecular recombination as an important mechanism for their origin. Most of the repeats associated with indels were di- or trinucleotides, although no preference was noticed for their sequences. The maize mt genome was characterized by a high incidence of indels, comparing to the wheat and rice mt genomes.2008年08月, Genes & genetic systems, 83(4) (4), 301 - 20, 英語, 国内誌[査読有り]研究論文（学術雑誌）
- 2007年12月, Tanpakushitsu kakusan koso. Protein, nucleic acid, enzyme, 52(15) (15), 1937 - 41, 日本語, 国内誌[Molecular phylogenetics of cultivated plants, with special reference to maize and common wheat].研究論文（学術雑誌）
- 2007年08月, Theoretical and Applied Genetics, 115(4) (4), 509 - 518, 英語[査読有り]研究論文（学術雑誌）
- 2005年07月, Theoretical and Applied Genetics, 111(2) (2), 265 - 271, 英語[査読有り]研究論文（学術雑誌）
- 2005年04月, Genetics, 169(4) (4), 2241 - 2254, 英語[査読有り]研究論文（学術雑誌）
- 2005年03月, Genetics, 169(3) (3), 1617 - 1630, 英語[査読有り]研究論文（学術雑誌）
- 2004年11月, Theoretical and Applied Genetics, 109(8) (8), 1710 - 1717, 英語[査読有り]研究論文（学術雑誌）
- 2003年09月, Molecular Biology and Evolution, 20(9) (9), 1480 - 1483, 英語[査読有り]研究論文（学術雑誌）
- 2002年12月, Genes and Genetic Systems, 77(6) (6), 409 - 427, 英語[査読有り]研究論文（学術雑誌）
- Society for Molecular Biology and Evolution, 2002年12月, Molecular Biology and Evolution, 19(12) (12), 2084 - 2091, 英語[査読有り]研究論文（学術雑誌）
- 2002年07月, Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America, 99(15) (15), 9650 - 9655, 英語[査読有り]研究論文（学術雑誌）
- 2002年04月, Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America, 99(9) (9), 6080 - 6084, 英語[査読有り]研究論文（学術雑誌）
- 2002年, Theoretical and Applied Genetics, 104(2-3) (2-3), 436 - 450, 英語[査読有り]研究論文（学術雑誌）
- Society for Molecular Biology and Evolution, 2002年, Molecular Biology and Evolution, 19(8) (8), 1251 - 1260, 英語[査読有り]研究論文（学術雑誌）
- 2001年, Theoretical and Applied Genetics, 102(4) (4), 463 - 470, 英語[査読有り]研究論文（学術雑誌）
- 1999年, Genome, 42(6) (6), 1042 - 1049, 英語Molecular analysis of a 21.1-kb fragment of wheat chloroplast DNA bearing RNA polymerase subunit (rpo) genes[査読有り]研究論文（学術雑誌）
- Society for Molecular Biology and Evolution, 1999年, Molecular Biology and Evolution, 16(2) (2), 208 - 217, 英語[査読有り]研究論文（学術雑誌）
- 1997年12月, Genes and Genetic Systems, 72(6) (6), 335 - 343, 英語[査読有り]研究論文（学術雑誌）
- 1997年12月, Genes and Genetic Systems, 72(6) (6), 345 - 351, 英語[査読有り]研究論文（学術雑誌）
- Four newly discovered and seven previously known Fagopyrum species were classified based on their morphology, isozyme variability, and RFLP of chloroplast DNA (cpDNA). Three independently constructed phylogenetic trees showed good agreement and we had sufficient confidence in them to assert that they probably reflect the phylogenetic relationships among the Fagopyrum species. The new classification differs from Steward (1930)'s classification in the position of Fagopyrum tataricum and F. gracilipes; F. tataricum is very close to F. cymosum. The new classification resolved several problems which we suffered from, when we used Steward's classifiction. Three new species, F. pleioramosum, F. callianthum and F. capillatum are closely related to F. gracilipes. New species F. homotropicum is very close to F. esculentum in morphology as well as in isozyme variability.The Genetics Society of Japan, 1996年12月, Genes & genetic systems, 71(6) (6), 383 - 390, 英語
- 1996年, Genes and Genetic Systems, 71(5) (5), 293 - 311, 英語[査読有り]研究論文（学術雑誌）
- Oxford University Press, 1996年, Molecular Biology and Evolution, 13(10) (10), 1384 - 1392, 英語[査読有り]研究論文（学術雑誌）
- 2022年02月, 考古学ジャーナル, 765, 29 - 31パンコムギの起原地はどこか？記事・総説・解説・論説等（学術雑誌）
- 2022年, 育種学研究, 24パンコムギと野生種タルホコムギ交雑由来の新奇8倍性合成コムギの創生
- 東京 : 北隆館, 2020年03月, アグリバイオ = Agricultural biotechnology, 4(3) (3), 204 - 206, 日本語祖先野生種プレブリーディングによるコムギ遺伝資源の創出と育種展開—New genetic resource development and advanced wheat breeding based on pre-breeding of the ancestral wild species
- 2020年, アグリバイオ, 4(3) (3)祖先野生種プレブリーディングによるコムギ遺伝資源の創出と育種展開
- 2000年04月, 育種学研究 = Breeding research, 2(1) (1), 30, 日本語コムギ葉緑体DNAの全塩基配列の決定 IV. 葉緑体ゲノムでみられたMITE様配列について
- 1998年12月01日, 日本分子生物学会年会プログラム・講演要旨集, 21, 481, 日本語コムギ葉緑体DNAの全塩基配列決定
- 日本学術振興会, 科学研究費助成事業, 基盤研究 (B) 一般, 神戸大学大学院農学研究科, 2023年04月 - 2028年03月野生コムギの生存戦略としての特異的休眠機構の解明と遺伝資源保全への応用
- 日本学術振興会, 科学研究費助成事業, 基盤研究(B), 京都大学, 2022年04月01日 - 2027年03月31日重要遺伝資源タルホコムギにおける生殖関連遺伝子の同定とその育種利用
- 日本学術振興会, 科学研究費助成事業 国際共同研究加速基金(国際共同研究強化(B)), 国際共同研究加速基金(国際共同研究強化(B)), 福井県立大学, 2019年10月07日 - 2025年03月31日日本のコムギ研究リソースと国際農業研究機関の連結による新遺伝資源創出と育種展開温暖化で深刻な負の影響を受けるパンコムギでは、育種を加速して、気候変動に打ち克つ品種を開発する必要がある。本研究は、6倍性パンコムギ（AABBDDゲノム）に祖先野生種タルホコムギ（DD）のコアコレクションを交配・胚培養して、多数の「8倍性合成コムギ（AABBDDDD）」を作出する。過去100年、コムギ染色体数の発見、倍数性進化の解明等、日本は世界の研究をリードしており、最高水準の研究リソース（人材、技術、遺伝資源）を有する。本研究は、ゲノム解読が完了した好機に、研究リソースを結集し、気候変動下の食糧生産問題の解決に向けて、20世紀に「緑の革命」を主導したことで著名な国際トウモロコシ・コムギ改良センター（CIMMYT、メキシコ）との共同研究を推進することを目的とする。 本研究では、研究期間内に2つの研究計画（① 8倍性合成コムギの作出、② 8倍性合成コムギ派生系統を用いたDゲノム改良と遺伝様式の解明）を実施する。本年度のそれぞれの研究実績は次の通りである。 ①8倍性合成コムギの作出：合計47系統のタルホコムギについて、パンコムギのエリート品種（農林61号もしくはBORLAUG 100）と交配し、胚培養することにより作出したF1雑種をコルヒチン処理し、8倍体雑種を作出した。また、一部の8倍体系統については、パンコムギとの戻し交雑により7倍体を作出した。 ②8倍性合成コムギ派生系統を用いたDゲノム改良と遺伝様式の解明：パンコムギのDゲノム特異的なFISH用オリゴDNAプローブを２種類デザインする事に成功し、１種類を合成した。また、本研究計画と関連して申請し受理された「先進ゲノム支援」の支援により、タルホコムギ1系統について新規ゲノム配列を取得した。さらに、別のタルホコムギ1系統について、葉、根、幼穂などからトータルRNAを抽出し、混合したRNAのIso-Seqリードを取得した。
- 日本学術振興会, 科学研究費助成事業 基盤研究(B), 基盤研究(B), 福井県立大学, 2019年04月01日 - 2024年03月31日アポミクシス形質を獲得してクローン胚を形成するコムギの作出と関連遺伝子の同定食糧生産を巡る状況が厳しさを増す今日、「いかにしてヘテロシス（雑種強勢）が分離しない永久ハイブリッド品種を作るか」は育種科学の核心的課題である。アポミクシス（無融合種子形成）は、クローン種子を形成することにより、ヘテロシスを固定する。しかし、パンコムギでは、アポミクシスは知られていない。本研究では、コムギ系統を交配し、アポミクシス形質を獲得してクローン胚を形成するコムギを作出することを目的とする。さらに、ゲノム・トランスクリプトーム解析により、アポミクシス形質発現に関わるコムギ遺伝子を同定することを目指す。上記の目的を達成するために実施した実験等により今年度は次の成果を得た。 ・アポミクシスは、雌性の非還元配偶子（減数分裂の回避により生じる配偶子。体細胞と同じ数の染色体をもつ）が単為生殖して発現する。今年度は、非還元配偶子を形成するコムギ系統LDNと単為生殖するコムギ系統 (Var)-Salmonを交配して雑種（F1）に、LDNを交配して得た(Var)-Salmon-LDN_F1BC1、にLDNを1回戻し交配し、(Var)-Salmon-LDN_F1BC2を得た。 ・アポミクシス形質発現に関わる遺伝子アリルをもつタルホコムギ系統のゲノム配列を新規に取得するため、高分子DNAを抽出し、次世代シークエンサー解析（ロングリード）により、追加のゲノムデータを取得した。そして、このタルホコムギの新規ゲノム配列を構築するための解析を進めた。 ・単為生殖するコムギ系統(Kot)-Salmonの幼穂由来からRNAを用いてRNA-seq解析を行った。また、このコムギ系統に特異的に発現する遺伝子を探索するための解析を開始した。
- 日本学術振興会, 科学研究費助成事業 挑戦的研究(萌芽), 挑戦的研究(萌芽), 福井県立大学, 2020年07月30日 - 2023年03月31日パンコムギの起原地はどこか？：植物遺伝学と考古植物学の協働による学際的研究西アジアで誕生し、ユーラシア大陸全体に広がり、各地で文明を支えたパンコムギは、トルコ南東部を中心とする「肥沃な三日月地帯」で栽培化され「作物」となった二粒系コムギが、その畑の周囲に雑草として生えていたタルホコムギ（野生種）と自然交雑して誕生した。現在、パンコムギの正確な起原地は未だ不明であり、このことが、初期コムギ農耕の全体像を理解する上で重大な障害となっている。本研究は、ゲノム配列情報を用いた遺伝子比較解析を世界に先駆けてパンコムギの起原地研究に適用して植物遺伝学と考古植物学の成果を統合的に考察することで、初期コムギ農耕の成立と発展に関わる重要問題の解決に挑戦することを目的とする。 本年度は、タルホコムギ種内に存在する3つのlineage（共通祖先から派生した系統群）のそれぞれから選ばれた代表系統（合計3系統）のうち、2系統について、次世代シークエンサーによるゲノム解析（ロングリード解析）を行い、データを取得した。また、このデータと、染色体立体配座捕捉法によるゲノム解析データ（昨年度取得）を合わせて、デノボ・アッセンブルによる新規ゲノム配列を取得するための解析を開始した。また、上記代表系統（合計3系統）のうち、1系統について、ロングリードRNAseq解析を行い、新規ゲノム配列に遺伝子情報（アノテーション）をつけるための準備を完了した。そして、植物遺伝学と考古植物学の成果を統合的に考察してパンコムギの起原を明らかとする研究アプローチについての論考を発表した（松岡、丹野、佐久間 2021）。
- 日本学術振興会, 科学研究費助成事業 基盤研究(B), 基盤研究(B), 鳥取大学, 2015年04月01日 - 2018年03月31日高温耐性育種のためのコムギ野生植物変異の開拓申請者は、実用コムギ品種の遺伝的背景に、近縁野生植物タルホコムギの種内変異を包含させた「多重合成コムギ(MSD)集団」を育成した。これを、スーダン農業研究機構の高温ストレス圃場で栽培し、現地の育種家とともに、生育のよい系統を選抜した。これらは、人工気象機内の高温条件でも旺盛な生育をすることを確認した。一方で、MSD集団から400個体を任意に選び、スーダン農業研究機構の3カ所の圃場にて栽培し、農業形質を測定した。また、これら系統を大量のマーカーによりジェノタイピングした。本研究で構築した高温耐性コムギ育種プラットフォームは、今後の高温耐性のマーカー選抜育種および高温耐性機構の解明に有用である。
- 日本学術振興会, 科学研究費助成事業 基盤研究(B), 基盤研究(B), 福井県立大学, 2015年04月01日 - 2018年03月31日コムギ倍数化：2n配偶子の合体によるF1雑種ゲノム倍加の遺伝機構の解明植物の倍数種形成を導く「F1雑種ゲノム倍加」の遺伝機構を明らかとするため、パンコムギ（Triticum aestivum L. subsp. aestivum）の祖先種を人工的に交配して作出した3倍体F1雑種を材料として量的形質遺伝子座（QTL）解析を行い、11個のQTLを見出した。また、花粉母細胞の比較観察結果から、これらのQTLは、F1雑種の2n配偶子形成に関係するものを含むと考えられた。
- 日本学術振興会, 科学研究費助成事業 基盤研究(B), 基盤研究(B), 京都大学, 2010年 - 2012年ユーラシア広域分布種のコアコレクションを使った適応遺伝子の解析と保全への応用タルホコムギの分布全域についてその遺伝的変異を研究したところ,葉緑体ゲノムでは1つのクラスターであったが,核ゲノムでは互いに離れた2つのリネージの存在が見いだされ,この2つは数百万年にわたる隔離で成立したと推定された。なお,現在では2つが同所的に生育している場合もあり,それぞれの分集団が成立した後,分布を広げたと考えられる。近縁の野生オオムギでも同様な分集団構造が見られたので,こうした広域分布種では,種の進化過程で生じる分集団構造が重要であることが明らかとなった。
- 日本学術振興会, 科学研究費助成事業 若手研究(B), 若手研究(B), 福井県立大学, 2009年 - 2011年イネ科植物における倍数種形成の初期過程:進化の再現系を用いた遺伝基盤の解明イネ科植物における倍数種形成メカニズムを明らかにすることを目指し、倍数化を導く配偶子形成に関わる遺伝子の解析に用いるコムギ実験系統を作出した。また、コムギ種問3倍体雑種にみられる、倍数種形成に「つながる」配偶子形成と「つながらない」配偶子形成を比較観察したところ、後者では、減数分裂の初期段階での重大な障害が生じ、これが主な原因となって稔性のある配偶子が形成されず、不稔となる可能性が示唆された。
- 日本学術振興会, 科学研究費助成事業 若手研究(A), 若手研究(A), 福井県立大学, 2006年 - 2008年倍数化を導く減数分裂:非還元性配偶子形成の遺伝機構の解明本研究では、種間交雑-倍数化による新しい種の形成プロセスにおいて重要な役割を果たす、非還元配偶子形成の遺伝的メカニズムの解明を目指し、種間雑種の自殖種子稔性に関する遺伝分析を行なった。二倍体コムギと四倍体コムギの交雑に由来する3倍体植物を材料として、マイクロサテライト・マーカーを用いて連鎖解析を行なった結果、二倍体コムギゲノム上に、種間雑種の自殖種子稔性の高低に影響する遺伝子座が存在することが示された。
- 日本学術振興会, 科学研究費助成事業 基盤研究(A), 基盤研究(A), 京都大学, 2005年 - 2008年コムギ近縁野生種を用いたユーラシア広域分布種の遺伝的多様性解析トルコから中国西部にかけて, ユーラシア大陸内陸部に広域く分布するタルホコムギ(Aegilops tauschii)について, 種内の葉緑体塩基配列・穂の形態・開花までの日数などについて変異を明らかにした。解析の結果同じような気候条件に対し, 分布の東と西で違う遺伝子の変異によって適応していることが分かったので, これらの遺伝子について塩基配列を決定しその変異を明らかにした。また乾燥に応答する遺伝子など, そのほかいくつかの遺伝子の変異を明らかにした。
- 日本学術振興会, 科学研究費助成事業 基盤研究(A), 基盤研究(A), 福井県立大学, 2003年 - 2006年ムギ農耕とそれを取り巻く生態系における環境・人・作物・雑草の相互関係に関する研究1.現地調査と採集品の概要:(1)トルコ南部をチュクロバ大学と共同で現地調査し,コムギ連,ドクムギ属など1709サンプルを収集.10月と12月にエギロプス属の自生集団において発芽調査.(2)イラン国立植物ジーンバンク(NPGBI)と合意書を交わしイラン北部と北西部を共同で現地調査し,コムギ連,ドクムギ属,ウマゴヤシ属など1557サンプルを収集.ライムギ属とドクムギ属の一部はMTAに基き種子の分譲を受けた.(3)ギリシア北部で現地調査を行い,ドクムギ属,アブラナ科など54サンプルを収集.2.コムギ近縁野生種の生態型分化:(1)Aegilops neglecta 2変種とAe.columnarisがトルコ南部において生態的に異なる生育地に分布すること,contorta変種が記載のなかったトルコ南西部にも分布し人間の活動とともに分布を広げつつあること,を明らかにした.遺伝的類縁性解明のため交配実験と葉緑体DNAの解析を実施中.(2)タルホコムギstrangulata亜種とmeyeri変種がそれぞれカスピ海南岸の石灰岩および砂質土壌に適応した生態型であることを明らかにした.(3)エギロプス属では1穂に休眠性の異なる二型の種子を着け,撹乱した生育地での迅速な初期生育と危険回避を実現していることを明らかにした.3.ムギ作随伴雑草の随伴様式と遺伝的多様性:(1)イラン北西部の路傍にLolium temulentumとL.persicumが同所的に生育していることを明らかにした.収集品の一部を遺伝学的分析のため栽培中.(2)イランでは小穂脱落性の雑草ライムギがムギ畑に普通に見られ,とくに栽培ライムギの多様性中心に高頻度で見られた.イランの栽培・雑草ライムギ5集団に標準型B染色体が見られた.野生および栽培ライムギ間の浸透交雑が明らかとなった.4.普通系コムギの成立:イラン北部アルボルツ山麓で栽培される二粒系コムギ畑の周縁部にタルホコムギが混入するのが明らかとなった.5.研究者交流:2005年4-5月と2006年9月にチュクロバ大学から大学院生と助教授をそれぞれ招聘した.
- 日本学術振興会, 科学研究費助成事業 若手研究(B), 若手研究(B), 福井県立大学, 2002年 - 2004年種間雑種において発現するトランスポゾン群の解析本研究は、植物の雑種ゲノムの安定化におけるトランスポゾンの役割を解明することを目的とし、コムギ植物を材料に、雑種ゲノムにおいて発現するトランスポゾン群の体系的な解析を行った。 本研究の主な成果は以下の通り。 (1)マカロニコムギ-タルホコムギ三倍体種間雑種における高頻度染色体倍加:マカロニコムギ(Triticum durum、2n=28、♀親)とタルホコムギ(Aegilops squarrosa、2n=14、♂親)の交配に由来する三倍体F_1雑種(2n=21)は、高い花粉稔性及び、自殖種子着粒率を示すことを見出した。さらに、細胞遺伝学的解析により、(a)この三倍体F_1雑種では、減数分裂の過程で非還元配偶子が高頻度に形成され、(b)雌雄の非還元性配偶子の合体により六倍体F_2雑種(2n=2)が生じることが明らかとなった。六倍体F_2雑種は、正常に成長し、高頻度(>90%)で種子をつける。従来、ペルシアコムギ(Triticum carthlicum)とタルホコムギの三倍体F_1雑種で、高頻度染色体倍加が起きることは知られていたが、マカロニコムギ-タルホコムギ三倍体雑種での高頻度染色体倍加は知られておらず、この発見は新規でる。この結果は、現在広く栽培されるパンコムギ(六倍体、2n=42)の母方の祖先がマカロニコムギである可能性を示唆する。 (2)コムギ種間雑種におけるトランスポゾンの発現:マカロニコムギ-タルホコムギ三倍体F_1雑種とその自殖後代(F_2-F_3)の根、葉と幼穂からtotalRNAを抽出し、RT-PCR法により、copia型レトロトランスポゾンの発現の有無を調査したが、明確なトランスポゾン転写活性は、検出されなかった。
- 日本学術振興会, 科学研究費助成事業 基盤研究(A), 基盤研究(A), 福井県立大学, 1995年 - 1997年遺伝子シャトリング法による硬質マカロニコムギの育成本研究では、染色体光学的手法を用いて次の3つのマカロニコムギ系統を育成することを目標に研究を実施した。 (1)高製パン性マカロニコムギ系統の育成:Langdonの1D(1A)及び1D(1B)置換系統に高品質パンコムギのGlu-D1d遺伝子を導入するための研究を実施した。これには、StoaとMaxという2パンコムギ品種をLangdonの1D(1A)及び1D(1B)置換系統に交配し、F_2世代において染色体数を決定し,2n=28または29の個体を選抜した。これら個体の自殖次代の種子のグルテニン分画の分析を行い、Glu-D1dホモの個体ないし系統の選抜に成功した。これら系統の種子を増殖し、その製パン性をLangdonと比較したところ、タンパク質含量については差異が認められなかったが、ミキシング耐性が向上し、パンの体積と外見がともに明瞭に改善された。 (2)半矮性マカロニコムギ系統の育成:パンコムギ品種、農林10号の2半矮性遺伝子、Rht1とRht2をLangdonに導入し、その半矮性系統の育成を試みた。まず、農林10号とLangdonのF_2世代において染色体数に関する選抜を、F_3世代においては草丈と播性について調査を行った。その結果、マカロニコムギと同一染色体構成をもち、4A染色体上に半矮性遺伝子Rht1を、5A染色体上に秋播性遺伝子vrn1をもつ固定系統を得た。次に、4D染色体上のRht2をマカロニコムギに導入するため、農林10号をLngdonの4D(4A)および4D(4B)置換系統に交配し、F_2世代において染色体数と草丈について選抜した。その結果、2n=29及び31の個体の中に半矮性のものが得られた。 (3)秋播性マカロニコムギ系統の育成:上記(2)の研究において、幸にも5A染色体上のvrn1について固定した秋播性系統が育成できた。そこで、もう一方の秋播性遺伝子,vrn3(5D染色体上)をマカロニコムギに導入するため、Langdonの5D(5B)置換系統に北海道の2秋播性パンコムギ、タクネコムギ及びホロシリコムギを交配し、そのF_2世代において染色体数と播性について選抜した。その結果、2n=28または30の植物の後代で秋播性の高い7個体得た。
研究シーズ
■ 研究シーズ- 「種間交雑」と「雑種形成」の遺伝メカニズムの研究シーズカテゴリ：環境・農学, 人文・社会研究キーワード：ムギ類種間雑種の配偶子形成, コムギ近縁種の系統地理, 新規倍数体の合成, パンコムギの起原と伝播研究の背景と目的：我々の身の回りにはいろいろな生き物がいます。また、ひとつの「種」の中にも、姿形や性質が異なる「個体」がいます。メンデルの「雑種植物の研究」からスタートし、生物学のさまざまな分野と密接に関係しながら発展してきた遺伝学は、このような生物の多様性がどのように形作られてきたのかを、分子、細胞、個体、集団、ゲノム、生態系など、生命のあらゆる階層にわたって考究し、統合的に理解することを目指す学問です。研究内容：生物の新しい「種」は、異なる「種」に属する個体が交雑して生じる「雑種」を起点として誕生することがあります。特に、植物では、「雑種」に起原をもつ「種」が多く知られています。植物遺伝学研究室では、ムギ類植物を材料として、「種間交雑」と「雑種形成」の遺伝メカニズムを研究しています。そして、そこから得られる知見を応用し、環境と調和した作物生産システム作りに貢献することを目指しています。期待される効果や応用分野：種間交雑と雑種形成の遺伝メカニズムの研究は、雑種で発現する有用形質（雑種強勢、アポミクシスなど）の農業利用に役立つ知見をもたらし得ます。また、パンコムギの起原と伝播に関する研究は、植物系統地理、植物考古学、農耕史などの分野との共創を志向するテーマです。