Thesis (Ph. D. in Agricultural Science)--University of Tsukuba, (A), no. 5160, 2009.6.30Includes bibliographical references (leaves 113-136

Shehzad Tariq

Tsukuba Repository

Development of sorghum (sorghum bicolor (L.)
moench) core collection and its application to
association mapping of quantitative traits
著者 Shehzad Tariq
内容記述 Thesis (Ph. D. in Agricultural
Science)--University of Tsukuba, (A), no.
5160, 2009.6.30
Includes bibliographical references (leaves
113-136)
発行年 2009
URL http://hdl.handle.net/2241/106196
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論 文 の 内 容 の 要 旨
　ソルガムはアフリカ大陸のエチオピアで起源し、その後、世界各地に伝播したイネ科作物である。ソルガ
ムは主要な穀物の中で優れた乾燥耐性をもつことから、アフリカやアジアの乾燥地や半乾燥地に適応する重
要な食用作物であるとともに、家畜飼料やバイオマス資源としての需要がある。しかしながら、イネ、トウ
モロコシ、コムギなど他の主要穀物に比べて、今後の育種基盤を支えるためのゲノム解析研究が立ち遅れて
いる。そこで、本研究では、ソルガムのゲノム育種基盤の構築を目標として、世界各地のソルガム遺伝資源
に内在する遺伝的多様性に関する一連の研究を行い、以下の成績を得た。
1．SSRマーカーを用いたソルガム遺伝資源の遺伝的多様性解析とコアコレクションの作成
　ソルガムでは、主に形態・生理形質の多様性情報を基に 3種類のコアコレクションが作成されている。既
に公表されているコアコレクションは、ゲノム全域の遺伝的多様性の評価に基づいていないこと、解析材料
が地理的に偏っていることなど、ソルガムの遺伝的多様性を代表するようなコアコレクションとしては欠陥
があった。そこで、（独）農業生物資源研究所ジーンバンクが保有するソルガム遺伝資源 3,500 品種の中から、
起源地であるアフリカと伝播経路にある南アジア、東南アジア、東アジアで収集され、パスポートデータが
整っている在来種320品種を選定した。既報のソルガム連鎖地図上の SSR （Simple Sequence Repeats）マーカー
144 個の中から多型を示す 38 個の SSRマーカーを選定し、320 品種の DNA多型解析を行った結果、38 個の
SSRマーカー座で 146 の対立遺伝子を検出した。得られた DNA多型情報を主成分分析と UPGMA法により
解析した結果、320 品種はアフリカ品種群、アフリカ・南アジア品種群、南アジア・東アジア品種群に分か
れることを明らかにした。このことは、アフリカに起源したソルガムが東へと伝播する過程で遺伝子交換を
しながら地理的に分化してきたことを意味する。また、SSRマーカー座の対立遺伝子頻度を保持しつつ、最
小の品種数（107 品種）からなるソルガムのコアコレクションを作成した。作成したコアコレクションの構
成はアフリカ在来 52 品種およびアジア在来 55 品種である。
氏　名（本籍） タリク　シェザド（パキスタン）
学 位 の 種 類 博　　士（農　　学）
学 位 記 番 号 博　甲　第　5160　号
学位授与年月日 平成 21 年 6 月 30 日
学位授与の要件 学位規則第 4条第 1項該当
審 査 研 究 科 生命環境科学研究科
学位論文題目 Development of Sorghum (Sorghum bicolor (L.) Moench) Core 
Collection and Its Application to Association Mapping of Quantitative 
Traits
（ソルガムのコアコレクションの作成と量的形質のアソシエーション解析へ
の利用）
主　査 筑波大学教授 農学博士 奥　野　員　敏
副　査 筑波大学准教授 農学博士 大　澤　　　良
副　査 筑波大学教授 博士（農学） 丸　山　幸　夫
副　査 筑波大学教授 Ph. D. 渡　邉　和　男
【９】
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2．コアコレクションの生理・形態形質の解析
　コアコレクションの実用形質における遺伝的偏りを解明するため、2007年および2008年にコアコレクショ
ン構成品種を栽培し、26 の重要形質について評価した。その結果、コアコレクションはすべての形質で幅
広い変異を保有していることが明らかになった。形質データに基づく主成分分析からは、コアコレクション
構成品種を地理的分化を反映する品種群に分割できなかった。これは、①研究材料に在来品種を用いたため、
育種操作による特定の変異に対する選抜が加わっていないこと、②各地域の在来品種には生理・形態形質の
遺伝変異に地理的な偏りがないことを示唆する。
3．コアコレクションを用いたアソシエーション解析による量的形質のマッピング
　SSRマーカーを 98 個に増やし、コアコレクション構成品種の SSRマーカー座の遺伝子型を解析した。そ
の結果、10 本の染色体に散在する 98 個の SSRマーカー座で 470 の対立遺伝子を検出した。DNA多型情報
と重要形質の表現型値および 3種類のプログラムを用いてアソシエーション解析（連鎖不平衡解析）を行っ
た。 SSRマーカー座間には全ゲノム領域にわたって強いアソシエーションが認められたため、本研究で作
成したコアコレクションは、ゲノム中に散在する量的形質を支配する遺伝子座（QTL）の検出に有用である
ことがわかった。そこで、量的形質について解析した結果、A連鎖群に初期生育量、葉面のロウ質および穂
長に関与する QTL、B連鎖群に穂数に関与する QTL、C連鎖群に中肋色に関与する QTL、F連鎖群に芒の有
無に関与する QTL、J連鎖群に開花期と出穂期に関与する QTLが存在することを明らかにした。以上の結
果から、ソルガムの遺伝変異に関与する遺伝子座の同定に、コアコレクションは有力な研究ツールであるこ
とを実証した。
審 査 の 結 果 の 要 旨
　イネ科穀物の 1種であるソルガムは、食料、家畜飼料、バイオエタノール原料など多様な用途がある。 
2004 年 11 月に全塩基配列が解読されたイネをはじめ、トウモロコシやコムギなど主要な穀物ではポストゲ
ノム研究が活発に行われている。そのなかで、DNAマーカーとその連鎖地図は、全ゲノム領域の遺伝子型
情報を収集・解析することを可能にし、遺伝資源の分子多様性評価に基づくコアコレクションの作成とマッ
ピングヘの利用、量的形質を支配する遺伝子座（QTL）の同定とポジショナルクローニング、形質と連鎖す
る DNAマーカーによる選抜など、作物の遺伝育種研究において数多くの成果を上げている。一方、ソルガ
ムでは他のイネ科穀物に比べてポストゲノム研究が大幅に立ち遅れていたが、ソルガムゲノムの全塩基配列
が解読されたことから、ポストゲノム研究の進展が期待されている。本研究では、SSRマーカー座の遺伝子
型情報に基づき 107 品種のコアコレクションを作成し、またコアコレクションを利用して全染色体に散在す
る重要形質の QTLを検出することに成功した。これらの成果は、ソルガムにおけるゲノム育種基盤の構築
に貢献するものであり、作物の遺伝育種学分野の優れた業績として高く評価できる。
　よって、著者は博士（農学）の学位を受けるに十分な資格を有するものとして認める。


Development of sorghum (sorghum bicolor (L.) moench) core collection and its application to association mapping of quantitative traits

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