Title
バラ科植物の重要形質に関わる遺伝子群の構造と機能( 内容
の要旨 )
Author(s)
北原, 健太郎
Report No.(Doctoral
Degree)
博士(農学) 甲第237号
Issue Date
2002-03-13
Type
博士論文
Version
URL
http://hdl.handle.net/20.500.12099/2578
※この資料の著作権は、各資料の著者・学協会・出版社等に帰属します。氏 名(本(国)籍) 学 位 の 種 類 学 位 記.番 号 学位授与年月 日 学位授与の.要件 研究科及び専攻 研究指導を受けた大学 学 位 論 文 題 目 審 査 委 員 会 北 原 健太郎 (長野県) 博士(農学) 農博甲第237号 平成14年3月13日 学位規則第4条第1項該当 連合農学研究科 生物生産科学専攻 岐阜大学 バラ科植物の重要形質に関わる遺伝子群の構造と機能 主査 岐阜大学 教 授 福 井 博 副査 岐阜大学 教 授 古 田 喜 副査 信州大学 助教授 伴 野 副査 静岡大学 教 授 大 川 彦 潔 清 論 文 の 内 容 の 要 旨 バラ科植物のリンゴとハマナスを用い､リンゴの自家不和合性に関わるS-RNase遺 伝子とノ｢マナスの花芽分化および花器官決定に関与するMADS遺伝子群について遺 伝子型の解析を行い､その機能を検討した｡ リンゴのS-RNase遺伝子について解析した結果､品種''Delicious"から Se-RNase cDNA､"あかね"からSd-､Sh-､''印度"からSg-､''旭"からSi-､Sz-RNase cDNAが 単離でき､その塩基配列からiCR解析法によるSe-､Sfl､Sg-､Sh-､Si-､Sz-allele同 定法を確立した｡これらの解析法を用いてリンゴ栽培品種70種のS遺伝子型を決定 し､これまで日本と西欧で個別に研究が行われ､その対応関係が不明であったS-allele が､Sa=S2､Sb=S3､Sc=S9､Sd=S7､Se=S30､S声Sl､Sg=S20､Sh=S24､Si=SlO､Sz=S25 であることを明らかにした｡また､''金星"と"きざし''については､その交配親か ら推定されるS遺伝子型が解析結果と異なり､これらの品種の花粉親が間違っている
ことを示唆した｡さらに､現在リンゴの育種に用いられている親品種群が特定のS遺
伝子型を有する品種群に偏っていることから､今後育成される品種が自家不和合を示 す可能性が極めて高いことを指摘し､受粉樹の選定や育種親の選定を留意する必要が あることを指摘した｡ ハマナスのMADS遺伝子群については､クラスCMADS遺伝子群に属するcDNA
クローンMASAKOCl∼C6､MAsAKODlを単離し､クラスBではMADS遺伝子群
ではMASAKOBPおよびMASAKOB3を単離した｡MASAKOClはシロイヌナズナの クラスC MADS遺伝子AGAMOUS(AG)と高い類似性を示し､雄ずいと心皮の特異的-24-発現が見られたことから､バラのAGホモログであることが示唆され､MASAKO C6 はシロイヌナズナのag-4variant2に相当するクローンと考えた｡MASAKODlもチョ ウセンニンジンのAGホモログGAG2と一致し､バラには2種類のAGホモログが存 在した｡ MASAKO BPの推定アミノ酸配列はシロイヌナズナのクラスB MADS遺伝子 PISTILLATA(PI)と高い類似性を示し､花弁および雄ずいの特異的発現が見られたこと から､バラのPIホモログであることが示唆された｡MASAKO B3はAPETALA3(AP3) サブファミリーに特異的なアミノ酸配列がみられ､他の植物種のAP3ホモログと類似 性を有することから､MASAKO B3はTM61ineageに属するバラのAP3ホモログであ ることが示唆された｡これらの結果から､ノさラ野生種ハマナチ.においても花の形態形 成の制御に関与する遺伝子群が存在し､与れらゐバラの花器官形成を制御する分子機 構をさらに解明することで､新しい形質を有するバラを育成する分子育種が可能であ ることを示唆した｡ 審 査 結 果 の 要 旨 本研究では､①リンゴの自家不和合性関連遺伝子群S-RNaseと､②バラ野生種の1種ハ マナスの花芽分化および花器官決定に関与するMADS遺伝子群について着目し､その同 定を行うと共に､その役割を明らかにした｡ リンゴのS-RNase遺伝子群については､Deliciousの雌ずいからSe-RNase cDNA､あかね からSd-､Sh-RNase cDNA､印度からSg-RNase cDNA､旭からSi-､Sz-RNase cDNAを単離
し､その1次構造を決定した｡またこれらのS-RNぉeの構造から､PCR解析法によるこれらの S-RNaseの同定法を確立した｡これらの解析法を用いてリンゴ70品種3系統のS遺伝子型 を決定し､日本と西欧で報告されたリンゴS-alleleの対応関係がSa=S2､Sb=S3､Sc=S9､ Sd=S7､S?=S30､S声Sl､Sg=S20､Sh=S24､Si=S10､Sz=S25であることを明らかにした｡さ らに､金星およびきざしのS遺伝子型が交配親として報告されている品種のS遺伝子型と 一致しないことから､これらの品種において花粉親が異なっていることを明らかにした｡これ らの結果は､栽培面では受粉樹の選定､育種面では育種親の選定に有益な情報を提供し た｡ バラ野生種のハマナスのMADS遺伝子群については､クラスC MADS遺伝子群に属す
るcDNAクローンMASAKO ClからC6､MASAKO Dlを単離しキ｡また､クラスB MADS遺
伝子群に属するcDNAクローンMASAKOBPおよびMASAKOB3:を単離した｡MASAKOCl の推定アミノ酸配列､イントロン挿入部位はシロイヌナズナのクラス･C MADS遺伝子 AGAMOUS(AG)および他植物のAGホモログと高い類似性を示した｡また､雄ずい､心皮特 異的発現が見られたことから､バラのAGホモログであることが示唆され､MASAKO C6はシ ロイヌナズナのag-4variant2に相当する'クローンと考えられたo一方､MASAKODlの推定 アミノ酸配列も､AGおよび他植物のAGホモログと高い類似性を有し､バラには2種類の AGホモログが存在したJMASAKOBPはシロイヌナズナやリンゴなどのクラメBMADS遺伝 子PISTILLATA(PI)と高い類似性を示し､花弁および雄ずい特異的発現が見られたことから､
バラのPIホモログであることが示唆された｡これらの結果は､バラの花器官形成を制御す
-25-る分子機構を解明し､新しい形質をバラの花に付与する分子育種が可能であることを 示唆した｡ このように､本研究ではリンゴとバラを材料とし､受粉や花器官形成に関わる遺伝子を 明らかにすることで､これらの分子育種が可能であることを示唆すると共に､今後の交配 育種に対しても有為な知見を提供した｡ 以上について､審査委員全員一致で本論文が岐阜大学大学院連合農学研究科の学位 論文として十分価値あるものと認めた｡ [学位論文の基礎となる学術論文] 1)Kital1ara,K.,H.Fukui,J.SoqiimaandS.Matsumoto･ClonlngandsequenclngOfanew S-gene-Sg-RNase一(accessionNo･ABO19184)丘omMalusxdomesticaBorkh･'Indo'･ PlantPhysiol.119:1567,1999･ 2)Kitahara,K.,J.Soq3ima,H.Komatsu,H･FukuiandS･Matsumoto･Completesequencesof theS-geneS,.Sd一一and,Sh-Rnase,cDNAinapple･HortScience･35:712-715,2000･ 3)Kitahara,K.andS.Matsumoto･RoseMADS-boxgenes'MASAKOClandDl'homologous toclassCnoralidentitygeneS.PlantScience15l:121-134,2000･ 4)Kitahara,K.,S.Hirai,H.FukuiandS.Matsumoto･RoseMADS-boxgenes'MASAKOBP andB3･homologoustoclassBnoralidentitygenes･PlantScience161:549-557,2001･ [既発表論文] Matsumoto,S.,S.Komori,K.Kitahara,S.ImazuandJ.Soqjima･ J･Japan･Soc･Hort･Sci･68:236-241,1999･ Matsumoto,S.,K.Kitahara,S.KomoriandJ.Soqiima.HortScience34‥708-710･1999･ Matsumoto,S.andK.Kitahara.HortScience35:1329-1332,2000･ Matsumoto,S.,M.Suzuki,K.KitaharaandJ.Soqiima･PlantPhysiol･122:620,2000･ Matsumoto,S.,K.Kitahara,H.KomatsuandJ.So句ima･ J.Hort.Sci.Biotec.76:163-166.2001. -26一
