応用生物科学専攻 植物遺伝学分野/京都大学農学研究科

植物遺伝学分野

生命の設計図である遺伝情報が次世代に伝わる仕組みを科学する

生命の設計図である遺伝情報は、親から子、子から孫へと連綿と受け継がれてきています。この遺伝情報はDNAの暗号としてゲノムに刻まれているのですが、進化の過程でこの情報に変異が入り、生物の多様性が生まれます。植物遺伝学分野は、そんな遺伝原理の普遍性と生物の多様性を、植物、特にコムギを材料に科学する研究分野です。成果が作物の品種改良に役立てられることを念頭に置きつつ、農業上重要な形質、環境適応、生物間相互作用に関わる遺伝子群やゲノム・染色体のダイナミクス、さらに種分化、新たな作物種の形成、異質倍数体の進化機構について遺伝学の立場から研究を行っています。

本分野の初代教授である木原均等によって、パンコムギは、二粒系コムギ(4倍体)と野生コムギであるタルホコムギ(2倍体)が、種間交雑し、ゲノム倍加によって成立したことが遺伝学的に明らかにされています。パンコムギの他にも、コムギ・エギロプス属植物には、多様な異質倍数体種が存在します。これらの異質倍数体種の成立過程を異種間交雑によって人為的に再現することができます。そして、パンコムギだけでなく野生種の異質倍数体においても、核ゲノム提供親と細胞質提供親が同定されています。更に染色体が観察しやすく、伝統的な遺伝学研究材料です。また、京都大学には、過去の探検で得られた膨大な栽培種と野生種のコレクションがあり、これらの材料を使った研究を展開することができます。植物遺伝学PNG1_medium

異質倍数体の形質は、どのように決まるのか?

異質倍数体は、異なる種から由来した染色体があります。これらの染色体に座乗する遺伝子がどのように発現制御されるかによって、異質倍数体の形質が決定されると考えられていますが、その詳細については良くわかっていません。合成異質倍数体やゲノム編集技術を用いて、異質倍数体の表現型を規定する分子メカニズムを明らかにしていきます。

種内分化と環境適応

野生コムギの形質は、驚くほど多様です。栽培種にはない形質もあります。これまで調べた野生コムギの自然集団には、遺伝的分化と形質分化が観察されました。これらの種内分化は、環境適応の結果なのか、もしくは偶然の結果なのかを集団遺伝学的な解析によって検証していきます。そして、その形質の育種利用を視野に入れた研究も展開しています。

種分化における生殖的障壁の分子メカニズムの解明

植物遺伝学PNG2_medium人為的に異種間交雑によって作出された雑種は、雑種矮性、ネクローシス症状、しわ種子といった雑種生育不全を示すことがあります。これらの症状は、雑種内の異なる種由来の染色体・ゲノム間の相互作用の結果として現れ、接合後障壁の一つとされています。これらの症状の原因遺伝子の同定と発症メカニズムの解明を目指します。

異数性の進化的な役割とは?

種間交雑による異質倍数体は、同所的新種誕生のメカニズムの一つとされています。人為的に作出した合成パンコムギは、しばしば染色体数が通常より少なくなった異数体が発生します。一方で、パンコムギは、異数体の発生は稀です。合成パンコムギからパンコムギへとなるためには、染色体の異数性を抑制する機構を新たに獲得する必要があります。異質倍数体種における異数性抑制に関わる遺伝子を単離し、異数性の発生と抑制のメカニズムを解明します。そして、異数性の進化的な役割を明らかにしていきます。また、異数性は、減数分裂異常の結果であるため、減数分裂の分子機構の理解にもつながります。

キーワード

遺伝、染色体、ゲノム、倍数性、異数性、種分化、進化、コムギ、多様性、生物間相互作用

教授 :吉田 健太郎

助教 :井上 喜博

TEL:075-753-6137
E-mail:yoshida.kentaro.8c@kyoto-u.ac.jp