ゲノム情報を利用した育種高速化技術の体系化

タイトル ゲノム情報を利用した育種高速化技術の体系化
担当機関 (国)森林総合研究所
研究課題名
研究期間
研究担当者 平岡 裕一郎
三嶋 賢太郎
能勢 美峰
坪村 美代子
大平 峰子
花岡 創
山野邉 太郎
高島 有哉
高橋 誠
星 比呂志
平尾 知士
栗田 学
武津 英太郎
倉本 哲嗣
井城 泰一
渡辺 敦史
田村 美帆
発行年度 2016
要約 スギの遺伝的改良に必要な、成長・材質等の特性を把握するにはこれまで数十年が必要でした。ゲノム情報を利用することその期間を大幅に短縮する手法を開発しました。
背景・ねらい スギをはじめとする林木の遺伝的改良においては、林業上重要な成長や材質などの特性を把握する必要があります。しかしそうした特性は木材として利用できる樹齢になるまでわからないため、調査には数十年の年月が必要でした。そこで、スギのゲノム情報を利用してこの時間を大幅に短縮することを目指しました。多数のスギ精英樹からゲノム情報を網羅的に収集し、成長などの形質を予測する数式モデルを作成しました。数式による予測と若齢時の実際の測定値を総合評価することにより、成長の良好な精英樹を短期間かつ高精度で選抜することが可能となりました。ゲノム情報の活用により、林木育種の高速化が実現しつつあります。

精英樹
品種改良や優良種苗の生産を目的として、主として人工林から成長等が優れた個体を選抜したもの。スギでは、北海道~九州の国有林と民有林から約3,700本が選抜されている。
成果の内容・特徴 林木育種の高速化
スギなどの林木は、植えてから伐採・利用できるまで数十年もの長い期間を要します。これまでに品種改良(育種)によって、成長の早いもの、木材の性質が優れたもの、花粉が少ないもの、あるいは病虫害に強いものといった様々な優良品種が開発されてきましたが、これには非常に長い年月が必要でした。しかし、求められる品種をより早期に開発しニーズの変化にすばやく対応するには、育種に要する期間を短縮する、つまり林木育種の「高速化」を行う必要があります。その切り札として考えられているのが、ゲノム情報を利用した育種です。

ゲノム情報を利用した林木育種
ゲノムとは、生物の設計図である DNAがもつすべての遺伝情報のことです。異なる個体間では DNAの塩基配列が少しずつ違っています。この DNAの違い(DNA多型)が、成長等の形質の良し悪しと関係しています。こうした DNA多型情報を使えば、個体のもつ特徴を予測することができ、育種に要する期間を大幅に短縮することができると考えられます。実際、近年発達したDNA解析技術を背景として、家畜や作物ではこうした手法による育種の研究が行われています。そこで我が国の主要な造林樹種であるスギにこの手法を試みました。

形質を予測する数式モデルの作成
スギのゲノム情報として、DNA多型情報を探し出し、数百の精英樹について7万箇所以上の多型的な部位を調べました。これら精英樹の成長や材質等の形質を測定し、ゲノム情報と合わせて解析し、ゲノム情報から形質値を予測する数式モデルを作成しました(図 1)。

植栽20年後の形質を5年目で予測
作成した数式モデルを使って予測した値と、実際に測定した値との間には正の相関関係が認められ、適用した精英樹の集団によっては比較的高い相関が得られました(表1)。この相関係数が大きいほど、モデルの精度が良いことを表します。作成した数式モデルを使って実際に成長に優れた精英樹が選抜できるどうかを明らかにするため、植栽後 20 年経過したときの材積を改良するよう様々な方法で選抜を試行し、選抜によって集団の平均値がどの程度向上するか(改良効果)を比較しました(図2)。
その結果、ゲノム情報による予測に加えて若齢時(植栽後5年)の実際の測定値も用いて選抜すると、表1で相関係数が高かった集団 B では基準方法の9割以上、相関係数がやや低かった集団Aでも7割程度の改良効果が得られました(図2②)。つまり、ゲノム情報を活用することで、育種期間を短縮しつつ、高い精度での選抜が可能になるといえます。一方、ゲノム情報による予測のみで選抜した場合(図2③)は、若齢時の測定値も用いた場合(図2②)と比べて改良効果がやや小さい結果となりました。ゲノム情報のみでの予測精度を高めることで、育種期間をより短縮できると考えられますので、今後の研究により精度を向上させていくことが重要といえます。

本研究は、農林水産省委託プロジェクト研究「森林資源を最適利用するための技術開発」のうち「新世代林業種苗を短期間で作出する技術の開発」による成果です。

塩基配列
DNAなどの核酸を構成するヌクレオチドの並び順で、A、T、G、C の4文字で表される。
URL http://agriknowledge.affrc.go.jp/RN/3010028293
カテゴリ 育種 品種 品種改良

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