水稲のシンク容量増大に関与するアリルは高CO2濃度で収量を顕著に増加させる

タイトル	水稲のシンク容量増大に関与するアリルは高CO2濃度で収量を顕著に増加させる
担当機関	（国研）農業・食品産業技術総合研究機構九州沖縄農業研究センター
研究期間	2012～2017
研究担当者	中野洋吉永悟志高井俊之荒井裕見子近藤勝彦山本敏央酒井英光常田岳志臼井靖浩中村浩史長谷川利拡近藤始彦
発行年度	2017
要約	開放系大気CO₂濃度増加条件において、「コシヒカリ」の遺伝的背景に多収品種「タカナリ」由来のシンク容量の増大に関与するGN1又はAPO1アリルを導入した系統は、高CO₂濃度により増加した炭水化物を穂により多く転流できるため、高い収量が得られる。
キーワード	大気CO2濃度、FACE、シンク容量、GN1、APO1
背景・ねらい	水稲を含むC₃植物は、大気CO₂濃度の上昇に対し、光合成産物の増加を介し、収量及び生育が高まる。「タカナリ」等の水稲の多収品種は、一般の主食用品種に比べ、シンク容量(籾数×精玄米粒重)が大きく、大気CO₂濃度の上昇に対し、増加した炭水化物のシンクへの転流が進み、増収しやすいことが示唆されている。しかし、そのような多収品種は、大きなシンク容量以外にも、多収に繋がる多数の形質を持っている。このため、大気CO₂濃度を増加させた条件において、シンク容量を増大させることの効果を正確に判断できていない。本研究では、一般の主食用品種「コシヒカリ」の遺伝的背景に多収品種「タカナリ」由来のシンク容量の増大に関与する対立遺伝子(アリル)を導入した2系統を開放系大気CO₂濃度増加(FACE)実験に供し、通常大気(Ambient)に比べ概ね200ppm程度高いCO₂濃度において、シンク容量の増大が収量に及ぼす影響を明らかにする。なお、供試した2系統は、GN1アリルを導入した染色体断片置換系統「CSSL-GN1」及びAPO1アリルを導入した準同質遺伝子置換系統「NIL-APO1」である。
成果の内容・特徴	Ambient条件下では、「CSSL-GN1」及び「NIL-APO1」は、「コシヒカリ」に比べ、籾数が多いが登熟歩合が低く、収量は概ね同程度になる(図1A～D)。これに対し、FACE条件下では、「CSSL-GN1」及び「NIL-APO1」は、「コシヒカリ」に比べ、籾数が多くなるが登熟の低下が抑えられ、増収する。成熟期における乾物重は、FACE条件下の全ての品種が、Ambient条件下のそれらに比べ多くなる(図2A)。しかし、それぞれの条件下において、品種・系統間にその差異はない。収穫指数は、FACE条件下の「CSSL-GN1」が、Ambientのそれに比べ高い(図2B)。また、Ambient条件下では「CSSL-GN1」が最も低いが、FACE条件下では「コシヒカリ」と概ね同程度になり、改善する。成熟期における茎部非構造性炭水化物(NSC)量は、FACE条件下の全ての品種が、Ambient条件下のそれらに比べ多くなる(図2C)。また、Ambient条件下では「CSSL-GN1」及び「NIL-APO1」が「コシヒカリ」と概ね同程度であるが、FACE条件下では「コシヒカリ」に比べ少なくなる。以上のことから、FACE条件下において、「コシヒカリ」は、シンク容量が限られているため、高CO₂濃度により増加した炭水化物の穂への転流も限られるが、「CSSL-GN1」及び「NIL-APO1」は、シンク容量が増大しているため、その炭水化物の穂への転流が進み、顕著な増収に結びつく。
成果の活用面・留意点	将来的に予測されている大気CO₂濃度の上昇した環境に向けた多収品種育成のための基礎的知見として活用できる。「CSSL-GN1」は、「NIL-APO1」に比べ、過剰に籾数が多くなるため、FACE条件下における増収効果が小さくなると考えられる。つくばみらいFACE実験施設(茨城県つくばみらい市)において2012年及び2013年に得られた結果を基に記載している。
研究内容	http://www.naro.affrc.go.jp/project/results/4th_laboratory/karc/2017/karc17_s22.html
カテゴリ	水稲品種