Thesis (Ph. D.)--University of Tsukuba, (A), no. 5930, 2011.10.31Error in binding; leaf 60 bound before leaf 59Includes bibliographical references (leaves 118-143

Bahrini Insaf

筑波大学University of Tsukuba博士（学術）Doctor of Philosophy2011【要旨】thesi

Bahrini, Insaf

97181

Tsukuba Repository  (Tulips-R)

Genetic modification of wheat to improveresistances to fungal diseases著者 Bahrini Insaf内容記述 Thesis (Ph. D.)--University of Tsukuba, (A),no. 5930, 2011.10.31Error in binding; leaf 60 bound before leaf 59Includes bibliographical references (leaves118-143)発行年 2011URL http://hdl.handle.net/2241/118093[55] インサフ バハリニ(チュニジア)博士(学術)博甲第 5930 号平成23年10月31日学位規則第4条第 l項該当生命環境科学研究科氏名(本籍)学位の種類学位記番号学位授与年月日学位授与の要件審査研究科学位論文題目???? ????Genetic Modifications of Wheat to Improve Resistances to Fungal Diseases (遺伝子操作によるコムギの糸状菌病に対する抵抗性の改良)筑波大学教授(連携大学院) 博士(農学)筑波大学教授 農学博士筑波大学教授 博士(農学)筑波大学教授(連携大学院) 理学博士??????????論文の内容の要旨コムギは、イネ、 トウモロコシと並ぶ世界的に重要な穀物の一つであり、その生産性向上は、世界的な食糧の安定供給にとって極めて重要な課題である。コムギの生産性にとって、重要な制限要因の一つは糸状菌病害であり、赤かび病、さび病、うどんこ病などさまざまな病害が、コムギ生産に深刻なダメージを与えている。また、 Fusariumgraminearumによって引き起こされる赤かび病 (FHB) は、収量の減少につながるほか、 トリコテセン系のマイコトキシンによる汚染が食品としての安全性を脅かしている。これまで糸状菌病を克服するために、抵抗性品種の育穫に大きな努力が傾けられてきており、従来育種法による品種育成が進められている。しかし、抵抗性の崩壊などに見られるように、依然として糸状態病による被害は深刻であり、コムギの生産性を脅かしている。このため、抵抗性の新しい遺伝子給源や、遺伝的脆弱性のない抵抗性付与による品種育成が求められている。遺伝子工学的手法による病害抵抗性育種には、これまでにない酒期的な抵抗性向上が期待されている。本研究では、新しい抵抗性の遺伝子ソースとして転写因子の一つである W悶(y型転写因子に着目した。W悶α型転写因子に関する先行研究では、この遺伝子群が植物の病害抵抗性に関与していること、また、そのひとつであるイネ OsWRKY45遺伝子が、ベンゾチアジアゾール (BTH) などの病害抵抗性誘導剤の作用によって誘導されるイネの病害抵抗性機構に中心的な役割を果たし、糸状菌であるいもち病菌や細菌である白葉枯病菌といった広範囲の病原体が引き起こす複数の病害に対する抵抗性に関与していることを明らかにされている。そこで、本研究では、コムギからイネ OsWRKY45遺伝子のオーソログ遺伝子 (TaWRKY45)を単離し、その発現や機能について解析した。TaWRKY45遺伝子はコムギの成長過程を通じて、さまざまな組織において構成的に発現していることが明らかになった。また、 TaWRKY45遺伝子は、 BTHの施用や、 F.graminearum (赤かび病菌)、 Blumeriagraminis (うどんこ病菌)、及びPucciniatriticina (葉さび病態)の感染に応答して、 TaWRKY45遺伝子の発現が高まることが観察された。さらに、 CaMV35Sプロモーターの制御下でおWRKY45遺伝子を構成的に過剰発現する形質転換コムギを作成し、それを用いて、赤かび病、うどんこ病及び葉さび病に対する抵抗性123 を検定したところ、勾WRKY45過剰発現コムギは、温室条件下でいずれの病害に対しても抵抗性を示すことが明らかとなった。しかし、 BTH施用やうどんこ病菌の接種により、その発現が誘導されるうどんこ病に対するこつの抵抗性関連遺伝子、Pm3およびLr34については、TaWRKY45による発現誘導は見られなかった。これは、コムギのうどんこ病に対しておWRKY45遺伝子が関わる防御反応経路は、上記二つの抵抗性関連遺伝子の属する既知の経路とは独立していることを示している。これらの結果を総合すると、TaWRKY45遺伝子は、コムギにおいて複数の糸状菌病に対する防御システムに関与することが示され、単一遺伝子により広い範囲でのコムギの病害抵抗性向上に利用することができる可能性を持っていることが示された。また、本研究では、病原菌の産生する毒素に対する抵抗性を付与することによる病害抵抗性向上についても研究を実施した。トリコテセンはタンパク質合成の強力な阻害剤であり、ヒトや動物に対して強い毒性を示す。デオキシニパレノール (DON)は赤かび病菌 (F.graminearum)によって生成される主要なトリコテセンの一種であり、 DONは赤かび病感染時の感染増強因子として働くこと、また、それに対する耐性は関場抵抗性に寄与することが示唆されている。酵母 (Saccharomycescerevisiae)においては、いくつかのトリコテセン抵抗性付与の変異が知られており、リボソームタンパク質L3(RPL3)の変異は、その一つである。先行研究では、改変型のRPL3遺伝子の過剰発現は、植物において DON抵抗性を高める可能性があることを報告している。そこで、本研究では、アミノ酸残基改変型RPL3遺伝子を過剰発現する形質転換コムギを利用して、毒素抵抗性の増強の可能性を追求した。コムギ TaRPL3遺伝子の同祖コピーを単離し、他生物との配列比較や発現解析を行ったo RPL3タンパク質の配列は生物種間で高く保存されており、ほほ生育の全段階で全ての組織での発現が見られたD しかし、改変型RPL3過剰発現コムギは、発芽試験等において顕著なDON耐性を示さず、毒素抵抗性改良による病害抵抗性向上を示すことはできなかった。審査の結果の要旨本学位論文では、コムギの生産性向上のために、その解決が強く求められている重要な問題である病害抵抗性について、遺伝子工学的手法を用いて、その向上への取り組みについて言及している。本研究では、これまでの育種手法で用いられてきた、直接、病原菌との相互作用により抵抗性を発現するような抵抗性遺伝子ではなく、病害抵抗性誘導剤によって活性化される植物の妨御応答機能に関与する転写因子をコードする遺伝子に着目し、その単離、構造・発現解析を行った。また、形質転換コムギを作成し、単一遺伝子の導入により広い範囲の病害に抵抗性を付与することに成功した。こうした結果は、抵抗性崩壊のリスクが少なく、また、単一の遺伝子により広い範囲の病害に対して抵抗性を付与できることから、遺伝子工学的手法によるコムギの病害抵抗性の分子育種に大きなインパクトを持つ優れた研究成果である。平成 23年9丹20日、学位論文審査委員会において、審査委員会員出席のもとに論文の審査及び最終試験を行い、本論文について著者に説明を求め、関連事項について質疑応答を行った。その結果、審査委員全員によって合格と判定された。よって、著者は博士(学術)の学位を受けるに十分な資格を有するものと認める。124 

Genetic modification of wheat to improve resistances to fungal diseases

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