動的 QTL マッピングにより、主にヒマシ (Ricinus Communis L.) の光合成形質の遺伝構造が明らかになりました。

Jul 20, 2023

Scientific Reports volume 13、記事番号: 14071 (2023) この記事を引用

メトリクスの詳細

高い光合成効率は、トウゴマ (Ricinus Communis L.) の高いバイオマスと高い収穫指数の基礎となっています。 光合成形質の遺伝法則を理解することで、光合成効率の高い育種が容易になります。 本研究では、光合成形質の遺伝構造を明らかにするために、3段階で正味光合成速度(Pn)に有意差がある2親由来の集団F2とBC1を用いてダイナミックQTLマッピングを実施した。 F2集団では、3/3/1（ステージI/II/IIIのQTL番号、以下同様）、1/2/0、1/2/2、1/3を含む26個の単一座位QTLが同定された。 Pn、水利用効率 (Wue)、蒸散速度 (Tr)、気孔コンダクタンス (Gs)、細胞間 CO2 濃度 (Ci)、およびクロロフィル含有量 (Cc) を与える /1、0/1/1、および 1/1/2 QTL 、説明された表現型変異 (PVE) は 8.40%/8.91%/6.17%、5.36%/31.74%/0、7.31%/12.80%/15.15%、1.60%/6.44%/0.02%、0/1.10%/それぞれ0.70%と2.77%/3.96%/6.50%。 そして、53 のエピスタティック QTL (31 ペア) が特定されました。これには、上記 6 つの特性、PVE は 6.52%/6.47%/19.04%、16.72%/15.67%/14.12%、18.57%/15.58%/7.34%、21.72%/8.52%/7.13%、13.33%/4.94%/それぞれ0と7.84%/0/0。 BC1 集団における QTL マッピングの結果は、検出された QTL が少ないことを除いて、F2 集団の結果と一致していました。 特定されたほとんどの QTL はマイナー効果のもので、主効果 (PVE > 10%) のものはほんのわずかで、Wue と Tr の 2 つの形質 (qWue1.1、qWue1.2、FqTr1.1、FqTr6、BqWue1 など) に焦点を当てていました。 .1およびBqTr3。 エピスタティック効果、特に優性効果に関連するものは光合成形質の主要な遺伝的要素であり、qPn1.2、FqGs1.2、FqCi1.2、およびqCc3.2を除くすべてのエピスタティックQTLは単一座位効果を持たなかった。 各形質の基礎となる検出されたQTLは、3段階で検出された安定QTL qGs1.1、2段階で検出されたqWue2、qTr1.2およびqCc3.2を除き、さまざまな段階で変化しました。 6つの同じ位置にあるQTLが同定され、それぞれが2〜5の異なる形質を与え、光合成形質間の遺伝子の多面発現性を示しました。 マーカー間隔 RCM1842 ～ RCM1335 および RCM523 ～ RCM83 内に位置する 2 つの QTL クラスターには、共位置 QTL および主効果 QTL を含む複数の形質を付与する 15/5 (F2/BC1) および 4/4 (F2/BC1) QTL が含まれていました。 。 上記の結果は、光合成形質の遺伝的構造についての新たな洞察と、ヒマ植物の高光合成効率育種のための重要な参考資料を提供しました。

ヒマシ植物は重要な工業用油料作物であり、種子油含有量は 46 ～ 55% です1。 ヒマシ油は、非常に独特な物理的および化学的特性を持つリシノール酸を豊富に含むため、医薬品、バイオディーゼル、特殊化学の分野で広く使用されています2。 ヒマシ油は、その生産量が世界需要のレベルを大幅に下回っているため、経済成長の結果として供給が不足しています3。 ヒマシ油の商業的供給源はヒマシの栽培だけですが、収量が悪く、人件費が高いため、栽培面積は年々減少しています。 したがって、現段階でのキャスター産業の成長を促進するには、高収量品種の育成が急務となっています。

作物の光合成を強化すると、収量とバイオマスが大幅に増加する可能性があります4、5。しかし、光合成形質に関する研究は、収量や植物の種類などの他の形質に比べてほとんど報告されていません。これは主にデータ収集の難しさと測定プロセスの環境への影響によるものです6。 機器や測定方法の改良により、光合成形質の研究が促進され、特にモデル植物では、水利用効率を媒介する遺伝子（Wue）など、光合成形質を制御する遺伝子が多数発見されている7、8、9、10。 、11、シロイヌナズナの蒸散速度（Tr）12、13、14と気孔密度15、16、イネの光合成能力とWueを調節する遺伝子17、18、19、20。 さらに、光合成形質の基礎となるいくつかの QTL は他の作物でも検出に成功しましたが、寄与率は低くなりました (それらのほとんどは寄与率が 10% 未満) 21、22、23、24。 このような状況は、単一遺伝子座効果を部分的に覆い隠すエピスタティック効果と、多くのマイナー効果遺伝子による光合成形質の共同制御によって引き起こされる可能性がある22。 それにもかかわらず、OsDREB1C の追加挿入により光合成能力が強化され、イネの収量が 40% 以上増加しました 18。 これは、光合成形質を制御する主要な遺伝子の発現を遺伝子工学によって調節して作物の収量を高める大きな可能性を強く実証した。