世界的な気温の上昇、水不足、生産ニーズを満たすための耕地面積の減少、人口の増加、サプライチェーンの寸断、生産の不安定性、限られた労働力など、現代の農業はかつてない課題に直面しています。国連食糧農業機関（FAO）がまとめた推計によると、2050年までに93億人の世界人口を養うためには、60％増の食糧を生産する必要があります1。
この目標を達成するためには、農家と農業科学者は、収量を増やし、効率を改善し、潜在的な収益性を最適化し、資源を長期的に保護する持続可能な生産を支援する新製品と技術で武装しなければなりません。競合的対立遺伝子特異的PCRに基づくKASP™のようなジェノタイピング技術は、厳しい環境における食糧増産のための実用的データを育種家に提供する上で大きな役割を果たします。ここでは、植物育種におけるKASPの実用的なアプリケーションをいくつか紹介します。
KASP PCRマーカーは耐病性作物開発の促進に役立ちます
真菌類による病原菌は、世界の農作物において約15％の収量低下を引き起こすと推定されています2。病害の影響を最小限に抑えるには、主に文化的慣行や薬剤散布によって管理されていますが、コストと時間がかかり、地域によっては実用的でない場合もあります。病害抵抗性を持つ作物を育種することは、作物の損失を減らすのに役立ち、より持続可能で普遍的に適応するアプローチである可能性があります。キャノーラを含むいくつかの作物では、抵抗性遺伝子の同定にフェノタイピングが用いられてきましたが、手間がかかり、必ずしも完全な遺伝子型を特定することはできません。そのため、多くの育種プログラムでは、農作物の遺伝的改良をより迅速かつ正確に進めるため、病害抵抗性の分子マーカーの同定を目指しています。
▶ 解決策
Van de Wouwら3は、キャノーラの様々な黒枯病抵抗性遺伝子の抵抗性対立遺伝子と感受性対立遺伝子を識別できるKASPマーカーを開発し、検証しました。
▶ 技術の進歩
対象となる各耐病性遺伝子について、蛍光標識（FAMまたはHEX）を持つ対立遺伝子特異的プライマーと共通プライマーが設計され、対象となる2つの代替一塩基多型（SNP）の検出が可能となりました。同定されたマーカーにより、研究者や農業産業界は、表現型を決定することなく抵抗性遺伝子の特徴を明らかにすることが可能となり、育種の成果が加速され、改良された作物品種がより早く農家に届けられるようになります。オーストラリアの商業育種会社や民間研究グループは、すでにこれらのマーカーを使用して、キャノーラの育種を進めています。
▶ KASPがどのように研究目的をサポートしたか
KASPジェノタイピングシステムは、特定の関心領域における一塩基多型や挿入/欠失の検出を可能にします。この研究で開発されたKASPマーカーは対立遺伝子特異的マーカーであり、ハイスループットで低コストの方法で、ホモ接合体の抵抗性系統と感受性系統をヘテロ接合体から識別することができます。
KASPは目的の候補遺伝子を同定するためのQTLファインマッピングを容易にします
▶ 課題
メロンの果実形質の遺伝的制御を明らかにすることは、メロンの収量と品質を向上させ、メロン産業の生産性と収益性を高めることに貢献する可能性があります。果実や種子に関連する形質に対する量的形質座位(QTL)は数多く同定されていますが、メロンではこれらの形質に対するQTLのファインマッピングやクローニングはほとんど報告されていません。
▶ 解決策と技術の進歩
Zhangら4は、リシークエンスベースの高密度遺伝地図を用いて果実関連形質のQTLを同定しました。研究者らはSNP由来のKASPマーカーを用いて種子の長さと幅に関するQTLを精密にマッピングし、候補遺伝子を予測しました。本研究は、メロンにおける種子の長さと幅のQTLのファインマッピングと候補遺伝子のクローニングをさらに進めるための、迅速な共同QTLマッピング解析戦略と有用なQTLリソースのセットを提供します。
▶ KASPがどのように研究目的をサポートしたか
SNP由来のKASPマーカーを用いて、種子の長さと幅の両方のQTLをファインマッピングし、候補遺伝子を予測しました。
KASPは雌雄異株の性別を識別するのに役立ちます
▶ 課題
雌雄異株の植物は雄と雌の生殖器官が別々の個体にあるため、受粉が単子葉の種よりも難しくなります。効果的な繁殖のためには、生存可能な個体群には両方の雌雄がなければなりません。ピスタシア属は雌雄異株であり、その木は経済的に価値のある実をつける段階に達するまで4～5年かかります。食品、医療、製パン産業はピスタシア属の果実を原料としているため、生産者は生産性を最大限に高めなければなりません。受粉を成功させるために樹木の位置を最適化するには、幼果期の雌雄識別が不可欠です。
▶ 解決策と技術の進歩
Sahinら5 は、KASPアッセイ技術をマーカースクリーニング系として用い、7種のピスタシアの雌雄判別に成功しました： P. atlantica、P. integerrima、P. khinjuk、P. mutica、P. terebinthus、P. vera、P. lentiscusです。研究チームは12個のSNPマーカーをKASPマーカーに変換し、5個が雄株と雌株の間で明確な対立遺伝子の識別を示しました。2 つの特定の SNP は、全個体、ホモ接合体およびヘテロ接合体の両方で対立遺伝子頻度の違いを示したため、最良のマーカーアッセイとして同定されました。これらのマーカーは、複数の種に対して識別力を示したことから、属全体に対して最も包括的なマーカーとなりえます。この画期的な研究は、ピスタシア属の雌雄判別にKASPアッセイを用いた最初のものです。この結果は、経済的に重要な他の雌雄異株の植物種における雌雄判別のためのKASPの使用を支持するものです。
▶ KASPはどのように研究目的をサポートしたか
KASPを用いることで、研究者はいくつかのピスタキア種の雌雄を、生殖段階に達するかなり前に明確に識別することができました。この情報により、植物育種家は最適な受粉設定を組み立てることで、果実の生産性を最大化することができます。この研究結果は、麻、ホップ、パパイヤ、アスパラガスなど他の経済的に重要な雌雄異株植物における雌雄識別にKASPを用いることを支持するものです。
KASPは遺伝資源コレクションの管理に役立ちます
▶ 課題
コーヒーのブランド化どのような遺伝資源コレクションにおいても、植物の正確な同定は、ライブラリーの管理を容易にし、好ましい育種結果を得るために不可欠です。ガーナのココア研究所にあるCoffea canephoraの遺伝資源コレクションは、コーヒーの種子が不乾性で伝統的な保存方法に適さないため、フィールドジーンバンクに樹木として保存されています。通常、各遺伝資源は複数の樹木で構成され、挿し木によって増殖されます。遺伝子バンクの活動は、遺伝資源プロット内の樹木が、その正体について限られた情報のもとで収集、交換、またはその他の方法で入手されたため、誤同定エラーによって影響を受ける可能性があります。コーヒーの遺伝資源コレクションの管理を支援するためには、信頼性が高く、費用対効果の高い分子マーカーシステムが必要です。
▶ 解決策
Akperteyら6 は、公表されている192のSNPマーカーを検証し、120の遺伝子座からなるパネルを選択し、異なるコーヒー生産国から集められ、ガーナの野外遺伝子バンクに植えられた400のC. canephoraのアクセッションにおいて、親子関係やラベリングの誤り、遺伝的多様性、集団構造を調査しました。研究者らは、KASPジェノタイピングを用いて、試験したアクセッションの遺伝的背景を比較し、アクセッション記録における誤ったラベリングエラーを特定しました。
▶ 技術の進歩
本研究は、複数のソースからの生殖質を含むC. canephora育種プログラムにおいて、SNPを用いた誤表示の検出の有用性を検証しました。本研究の結果は、品種開発のためにシードガーデンシステムに依存している他の樹木作物に匹敵する、許容できない誤表示の頻度を示しています。この研究は、SNPマーカーが、育種プログラムにおける生殖質の保存と品種開発の指針となる、異なる情報源からの遺資源コレクションのフィンガープリントにおいて実用的なツールであることを実証するのに役立ちます。
▶ KASPがどのように研究目的をサポートしたか
KASPジェノタイピングは、C. canephoraのアクセッションのフィンガープリントに費用対効果が高く、信頼性の高い方法を提供し、遺伝的信憑性を確保します。
KASPは農業の未来を支えます
ほんの少しの例が示すように、KASPのジェノタイピング技術は、現代の植物育種プログラムにおいて広範な応用が可能です。当社の専門家は、作物改良の意思決定をタイムリーに行うために必要なデータを、コスト効率よく正確に提供するアッセイをデザインするお手伝いをいたします。
参考文献