シロイヌナズナ野生株の遺伝的多様性を利用したアルミニウムシグナル伝達機構の解明

利用拟南芥野生株的遗传多样性阐明铝信号转导机制

基本信息

批准号：
18J11757
负责人：
中野友貴
金额：
$ 0.96万
依托单位：
Gifu University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for JSPS Fellows
财政年份：
2018
资助国家：
日本
起止时间：
2018-04-25 至 2020-03-31
项目状态：
已结题

项目摘要

世界の耕作可能地の約40％は酸性土壌であり、可溶化したアルミニウム (Al) などによる環境ストレスにより作物の生育が阻害されるため、作物への酸性土壌耐性の付与が世界的な育種課題となっている。これまでの研究から複数の酸性土壌耐性遺伝子が同定されているが、それら遺伝子の発現がどのように制御されているかについては不明な点が残っている。そこで本研究では、豊富な遺伝的多様性を持つシロイヌナズナの野生系統を用いたゲノムワイド関連解析 (GWAS) により、複数のAl耐性遺伝子の発現制御機構の解析を行った。主要なAl耐性機構である有機酸放出に関与するリンゴ酸トランスポーターAtALMT1およびクエン酸トランスポーターAtMATEの発現量GWASを行ったところ、各遺伝子のプロモーター領域へのトランスポゾンの挿入が系統間の発現量多型に大きく影響していることが明らかとなった。AtALMT1ではトランスポゾンの挿入により発現量が上昇しているのに対し、AtMATEではトランスポゾンの挿入は発現量の低下を引き起こしていた。さらに、それらの変異は特定の遺伝的分集団において特異的に保有されている傾向があった。そこで、複数の既知Al耐性遺伝子に関して単一の遺伝的分集団のみを用いた発現量GWASを行ったところ、AtWRKY46やAtTBL27などの耐性遺伝子で分集団特異的に発現量多型に関連していると考えられる遺伝子が検出された。これら遺伝子のさらなる解析により、Al耐性遺伝子の発現制御機構の全体像の解明が期待できる。

世界上大约40%的耕地是酸性土壤，溶解铝(Al)等环境胁迫会抑制作物生长，因此赋予作物耐酸性土壤成为一个全球性的育种问题。先前的研究已经确定了多个耐酸性土壤的基因，但仍不清楚这些基因的表达是如何调节的。因此，在本研究中，我们利用具有丰富遗传多样性的拟南芥野生株，通过全基因组关联分析（GWAS）分析了多个Al抗性基因的表达控制机制。我们对苹果酸转运蛋白 AtALMT1 和柠檬酸转运蛋白 AtMATE 的表达水平进行了 GWAS，它们参与了有机酸的释放，这是一种主要的铝耐受机制，发现将转座子插入每个基因的启动子区域会导致菌株之间的高表达水平显然具有很大的影响。在AtALMT1中，由于转座子插入，表达水平增加，而在AtMATE中，转座子插入导致表达水平下降。此外，这些突变往往是在某些遗传亚群中特异携带的。因此，我们仅使用单个遗传亚群对多个已知的Al抗性基因进行了表达水平GWAS，并发现AtWRKY46和AtTBL27等抗性基因以亚群特异性的方式与表达水平多态性相关。检测到。对这些基因的进一步分析有望阐明铝抗性基因表达控制机制的整体情况。

项目成果

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Genome-Wide Association Study and Genomic Prediction Elucidate the Distinct Genetic Architecture of Aluminum and Proton Tolerance in Arabidopsis thaliana

DOI：
10.3389/fpls.2020.00405
发表时间：
2020-04
期刊：
Frontiers in Plant Science
影响因子：
5.6
作者：
Yuki Nakano;Kazutaka Kusunoki;O. Hoekenga;Keisuke Tanaka;S. Iuchi;Y. Sakata;Masatomo Kobayashi;Yoshiharu Y. Yamamoto;H. Koyama;Yuriko Kobayashi
通讯作者：
Yuki Nakano;Kazutaka Kusunoki;O. Hoekenga;Keisuke Tanaka;S. Iuchi;Y. Sakata;Masatomo Kobayashi;Yoshiharu Y. Yamamoto;H. Koyama;Yuriko Kobayashi

GWASと系統間比較トランスクリプトーム解析によるシロイヌナズナアルミニウム耐性遺伝子および発現量多型の解析

使用 GWAS 和谱系间比较转录组分析分析拟南芥铝抗性基因和表达多态性