野生タルホコムギにおける気孔形質の多様性解明とパンコムギへの応用

野生小麦气孔性状多样性的阐明及其在面包小麦中的应用

• 批准号: 22K05586
• 负责人: 爲重 才覚
• 金额: $ 2.66万
• 依托单位: Yokohama City University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
• 财政年份: 2022
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2022-04-01 至 2025-03-31
• 项目状态: 未结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-22K05586/
• 关键词: パンコムギ; タルホコムギ; 気孔; ナチュラルバリエーション; 顕微鏡; 機械学習; 顕微鏡画像解析

気孔は植物の光合成や乾燥耐性に関わる重要な機能を担う。作物の気孔の密度とサイズを育種により最適化するためには未だ様々な基礎的知見が不足している。特に異質六倍体作物であるパンコムギの育種において、野生二倍体タルホコムギは雑草であるが世界の多様な環境で生育しており、育種上有用な遺伝資源として期待されている。本研究では、二倍体タルホコムギ集団の気孔形質の多様性を調べ、遺伝資源としてのタルホコムギ集団の特性を明らかにするとともに、タルホコムギから六倍体パンコムギへ形質が表皮の細胞レベルでどのように遺伝するかを調査し、コムギ育種への応用可能な材料を提供することを目指している。また並行して顕微鏡を用いた形質調査において汎用で有用な顕微鏡システムの開発の一環として、気孔計測をモデルケースとして計測システムの高精度化、高機能化にも取り組む。2022年度末までにタルホコムギ集団およびそれらを利用した合成パンコムギ集団の一部サンプルについて葉の表皮の顕微鏡撮影を行い、画像データを収集した。またそれらの画像解析から気孔密度、気孔サイズ等のデータを得るため、深層学習による画像分類の教師データの作成を進めた。さらにタルホコムギ、合成パンコムギともに各シリーズを1シーズン分ずつ追加で葉サンプルを収集した。また気孔に関する遺伝子を含め植物の遺伝子機能解析において有用な、遺伝子操作実験のための技術開発を研究協力者とともに行った。

气孔在植物的光合作用和干旱耐受性中起着重要作用。仍然缺乏各种基本知识来通过繁殖来优化农作物毛孔的密度和大小。特别是，在繁殖面包小麦，杂己酸性作物中，野生二倍小麦是一种杂草，但它在世界各地的各种环境中生长，并且有望成为繁殖的有用遗传资源。这项研究旨在调查二倍体α小麦种群中孔特质的多样性，揭示α小麦种群作为遗传资源的特征，并研究如何从α小麦到六角小麦的特征在表皮的细胞水平上继承，并提供可用于小麦繁殖的材料。此外，作为与基于显微镜的性状研究并行的通用和有用显微镜系统开发的一部分，我们还将使用气孔测量作为模型案例来提高测量系统的准确性和功能。到2022财政年度结束时，使用它们的α小麦种群和合成面包小麦种群的一些样本遭到了叶子表皮的微观照片，并收集了图像数据。此外，为了从这些图像分析中获取诸如孔密度和孔径之类的数据，我们开始使用深度学习创建用于图像分类的教师数据。此外，为杏仁小麦和合成小麦收集了每个系列的叶片样品。此外，我们还开发了用于基因操纵实验的技术，这些技术可用于分析包括气孔基因在内的植物基因功能以及研究伴侣。