InDelマーカー*を使った遺伝子型判定に基づくカンキツ品種識別技術の開発
(*InDelマーカーはゲノムの挿入/欠損(Insertion/Deletion)を有するヘテロ接合性領域を検出できるDNAマーカーの一種です。)
研究のねらい
農産物の品種を識別できるようにすることは、育成者権の保護や違法な栽培を防ぐ意味でたいへん重要な技術です。本県のカンキツ育種においても、「肥の豊」「熊本EC10」「熊本EC12」をはじめ、特徴のある品種が多数開発されています。多大な労力を要して開発した新品種の健全な普及推進のため簡易で迅速な品種識別技術を開発するのが本研究の目的です。
農産物の品種識別技術においては、これまで種々の技術が開発され、多くの品目の品種識別に利用されています。それぞれの技術には特徴があり、高い判別性はあるものの高額な機器が必要であったり、簡易ではあるものの迅速性・判別性が劣ったりと、方法により長所・短所があります。
このような中、2020年、農研センターでは、これまでの技術と同等以上の高い判別性と、安価で簡易性・迅速性などを兼ね備えたInDelマーカーという新しい技術の開発に成功しました(農業研究成果情報 No.892)。この技術を応用すれば高度な設備を有していない研究機関であっても、使いやすい技術となると考え、品種識別技術の開発に取り組むことにしました。



研究の成果
1.InDelマーカーによる遺伝子型判定技術
InDelマーカーについて簡単に説明します。カンキツは2倍体といって2つの遺伝子が一組になっています。2017年に公開された温州ミカンのゲノム情報を詳しく解析してみると一方に欠損があるような所が数多く見つかりました。欠損のない方をInsertion(挿入)、欠損がある方をDeletion (欠損)と呼び、このような違いがある場所を2つの言葉を合わせInDel変異といいます。このようなInDel変異のある場所を多数特定し、それぞれの場所を検出できるようなInDelマーカーを数多く作成しました。
このInDelマーカーを使って温州ミカン以外のカンキツを調べてみると、品種毎にInDel変異が有ったり無かったりすることがわかりました。つまり開発したInDelマーカーは温州ミカンゲノム情報から作成したにも関わらず、その多くが温州ミカン以外の品種や近縁種にまで広く利用できる特徴を有しています。
ここで便宜上、InDel変異がある場所において、2つ一組のうち欠損がない方をL型、欠損がある方をS型と呼ぶことにし、遺伝子型判定の方法について説明します。品種毎に欠損があったりなかったりすると説明しましたが、それがどのような組合せになっているのか調べることが遺伝子型判定です。欠損の有無において、2つ一組の遺伝子のうち片方に欠損があるものをLS型。両方とも欠損がないものをLL型。そして両方とも欠損があるものをSS型の3種の組合せが存在します。それぞれは、DNAのサイズが異なるため、大きさ毎にふるい分ける簡易な電気泳動という方法で区別することができ、LS型の場合は3本のバンド、LL型の場合は3本のうちの中央のバンド1本、SS型の場合は3本のうち一番下のバンドが1本という形で確認できます(図1)。このような遺伝子型の調査を30種類のカンキツ品種について28種類のInDelマーカーによる遺伝子型を明らかにしました。

2.InDelマーカーによる遺伝子型判定に基づく品種識別技術
品種の識別は、品種毎に調査した各InDelマーカーにおける遺伝子型の組合せによって識別します。研究では28種のInDelマーカーを使ったのですが、逐一、品種識別のために28種すべてのInDelマーカーで遺伝子型を調査するのは効率的ではありません。そこで、効率的な品種識別のために最小でいくつのマーカーを使えば供試した30品種それぞれを識別できるのかを解析しました。その結果、最小で6種のマーカーがあれば識別は可能であるということがわかりました。なお、表1は6つのマーカーの組合せの1例を示したもので、このような6つのマーカーの組合せは複数存在します。

上記でInDelマーカーによって3つの遺伝子型に分類(3遺伝子型分類法)できると説明しました。LS型の場合は3本バンドと判別は簡単なのですが、1本バンドで検出されるLLやSSの遺伝子型の場合、その1本バンドがLLなのかSSなのかを区別するために、3本バンドと比較しバンドの位置を確認する必要性があり、少し面倒です。そこで、その必要性をなくすため1本バンド(LL型またはSS型)か3本バンド(LS型)かの2種類に区別する2遺伝子型分類法を開発しました。この場合、最小マーカー数は7種で3遺伝子型分類法より1種増加しますが、迅速性・省力性は向上し、より簡易な技術となります。
普及上の留意点等(開発したInDelマーカーの可能性)
本県で開発したInDelマーカーを使うと、今回紹介した品種識別技術への用途以外にも多様な活用ができます。例えば品種鑑定の精度向上や品種登録時に重要な、親子鑑定も可能です。
また、カンキツの多くは交配して得られた種子の中には複数の胚(植物体に成長できる組織)が形成される特性(多胚性)を持っています。形成された複数の胚の中には両親の遺伝形質を引き継ぐ唯一の交雑胚(品種を交配してられた胚)のほかに、母親(種子親)の細胞から分化した交雑していない胚が混在しています。つまり、多胚性品種を母親に使用すると得られる後代の集団には交雑個体とともに多くの交雑していない母親と同じクローン個体が混在することになります。育種のためには、交雑個体が必要ですので、このような集団の中から交雑個体を選抜する必要があります。選抜する方法は、これまでは非常に手間のかかる高コストな方法でしたが、InDelマーカーを使うと容易に集団の中から交雑個体を選抜することができます。
さらに、得られた遺伝子型情報から品種間の遺伝的近縁関係の解析も可能です。他にもアイデア次第でいろんな使い方ができるかもしれません。今回紹介した技術は論文でも公表しています(Noda et al.,2021, Breeding Science)。興味のある方はご参照願います。
熊本県の農業がさらに発展するような新品種育成と普及のためにこの技術を活用していきたいと考えています。
お問い合わせ先
農業研究センター 農産園芸研究所 野菜研究室
【TEL】096(248)6445
果樹
ウンシュウミカンのナシマルカイガラムシは第1世代歩行幼虫の発生時期が予測できる
ヒリュウ台「肥の豊」の自動点滴かん水同時施肥装置による省力化と施肥コスト削減
カキ「太秋」は、せん定時に陰芽由来結果母枝を多く残すことで翌年の雌花が確保できる
ニホンナシの幼果の果梗裂傷被害は2月下旬の水和硫黄剤散布で軽減できる
加温栽培ヒリュウ台「肥の豊」の高品質果実生産時の果実肥大量と土壌水分目視計の水位低下量
ヒリュウ台「河内晩柑」の連年安定生産のための着果程度
ナシ「秋麗」の裂果は新梢(しんしょう)停止後の降雨で発生が助長される
ナシ「甘太」の本摘果時における着果程度と収量性
ナシ「新高」の矮小花および遅れ花への受粉が着果及び果実品質に及ぼす影響
ポンカンはNAA水溶剤を散布することで摘果作業を省力化できる
温州ミカンのナシマルカイガラムシはマシン油乳剤以外による越冬期防除が可能である
秋冬期の低温遭遇時間の不足がナシ「新高」の開花に及ぼす影響
クリ「美玖里(みくり)」は幼木期に結果母枝を切り返すと収量が増加する
白一重袋を被袋したナシ「甘太」は収穫後にポリ個装することで日持ち性が向上する
Indelマーカー*によるウンシュウミカン品種間交雑苗の作出
果皮色が濃く外観が優れるカキ「麗玉(れいぎょく)」の特性
カンキツ「不知火」のこはん症は夏秋期の土壌水分維持と9月施肥で軽減できる
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天草地域特産カンキツであるポンカン、「清見」、「河内晩柑」の温暖化に伴う生育変化
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(No.885(令和元年(2019 年)5 月)分類コード 02-10)早生温州ミカン「肥のあすか」の低コスト施肥法
(No.886(令和元年(2019 年)5 月)分類コード 03-09)ナシ「秋麗」は5℃〜10℃で貯蔵すると1か月程度、15℃では2週間程度品質が保持できる
(No.883(令和元年(2019 年)5 月)分類コード 01-10)カンキツ「肥の豊」の肥効調節型肥料を活用した年2回の施肥法
(No.887(令和元年(2019 年)5 月)分類コード 03-09)加温栽培ヒリュウ台「肥の豊」における高品質果実生産のための水分管理法
(No.881(令和元年(2019 年)5 月)分類コード 02-09)温州ミカン「熊本EC11」は開花期の芽かきおよびジベレリン処理を行うと着果率が向上する
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(No.888(令和元年(2019 年)5 月)分類コード 02-09)カンキツ「みはや」の出荷時期に応じた貯蔵方法
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(No.805(平成 29 年 5 月)分類コード 02-09)クリ「ぽろたん」におけるネスジキノカワガの虫糞を指標とした防除適期
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(No.806(平成 29 年 5 月)分類コード 02-09)ヒリュウ台「河内晩柑」では初着果時に樹冠上部2分の1を無着果にすると樹冠拡大できる
(No.807(平成 29 年 5 月)分類コード 02-09)ナシ「秋麗」の除芽による摘果作業労力軽減技術
(No. 710(平成29年5月) 分類コード 02-10)平坦地における収穫ネットを活用したクリ収穫作業の省力化
(No.803(平成 29 年 5 月)分類コード 02-10)摘蕾および早期摘果によるナシ「あきづき」果実のコルク状果肉障害発生軽減
(No. 794 (平成 29 年 5 月)分類コード 02-10)加温栽培した「肥の豊」における夏季の光合成特性
(No.750(平成28年5月)分類コード02-09)「河内晩柑」における後期落果軽減のための植物成長調整剤の散布方法
(No.765(平成28年5月)分類コード 02-09)ナシのモザイク症状の被害は展葉初期から新梢伸長期までの2回の薬剤散布で軽減できる
(No.705 (平成28年5月) 分類コード 04-10)加温栽培「不知火」における高糖度果実生産のための9月以降の品質と水管理
(No.747(平成28年5月)分類コード02-09)ナシのモザイク症状に対して被害抑制効果の高い薬剤
(No.755(平成28年5月)分類コード04-10)早生カンキツ「みはや」果実の褪色軽減には白色化繊布の被覆が有効である
(No.748(平成28年5月)分類コード02 -09)紅が濃く見栄え抜群の早生カンキツ「みはや」の高品質果実生産技術
(No. 704(平成28年5月) 分類コード 02-09)ナシ「甘太(かんた)」に適した果実袋の選定
(No.753(平成 28 年 5 月)分類コード 02-10)施設栽培ヒリュウ台「肥の豊」における若木期の着花抑制法
(No. 749(平成 28 年5月)分類コード 02 -09)無加温ハウス栽培「不知火」の3月採収する1樹あたり完熟果割合は3割程度が望ましい
(No.751(平成 28 年5月)分類コード 02-09)カキ「太秋」の袋掛けによる雲形状汚損発生軽減効果
(No.754(平成 28 年 5 月)分類コード 02-10)クリ毬果に対するネスジキノカワガ被害の品種間差
(No.759(平成28年5月)分類コード04-10)