イエロールーピン（Lupinus luteus L.）におけるドメスティケーション症候群形質の表現型の特徴とリンケージマッピング

Phenotypic characterisation and linkage mapping of domestication syndrome traits in yellow lupin (Lupinus luteus L.).

• Muhammad Munir Iqbal
• William Erskine
• Jens D Berger
• Matthew N Nelson

抄録

野生植物の家畜化された作物への形質転換は、通常、「家畜化症候群」と呼ばれる形質と呼ばれる共通の特性を変更する。例えば、ポッドの粉砕や種子の除水、種子の休眠、抗栄養化合物の減少、生育習慣、表現学、花や種子の色の変化などである。ドメスティック化症候群の形質の遺伝的制御を理解することは、交配や選抜によって野生の前駆体から有用な形質を効率的に作物に移すことを容易にする。イエロールパン（Lupinus luteus L.）の家畜化形態は、多くの家畜化症候群形質を持っているが、その遺伝的制御は謎のままである。本研究では、イエロールパンの家畜化形質の遺伝的制御を明らかにすることを目的とした。この研究では、これらの形質の表現型の特徴を明らかにすること、そして家畜化形質を制御しているゲノム領域をリンケージマップ上で定義すること、そして、よりよく理解されている近縁種である狭葉性ルパン（L. angustifolius L.）や白ルパン（L. albus L.）との比較ゲノム解析を行った。Wodjil（家畜化）×P28213（野生）の広交配によるF組換え近交配系統（RIL）の集団を表現型決定した。イエロールパンの春化反応性、アルカロイド含有量、花色および種子色は、それぞれリンケージグループYL-21, YL-06, YL-03およびYL-38の単一遺伝子型によって制御されていることが明らかになった。また、イエローとナローリーフドルパン、ホワイトルパンのゲノムを比較したところ、これらの姉妹種の間では、それぞれ76％、71％がよく保存されていることが判明した。このゲノム比較の結果、主要な家畜化形質の一つである春化応答性開花は、以前にFTホモログによって制御されていることが示されている狭葉ルパンの春化応答性開花時間Ku遺伝子座と保存された対称性の領域にマップされていることが明らかになった。一方、アルカロイド含有量を制御する遺伝子座は、3種間でそれぞれ非対称領域に存在していた。このことは、イエロールーピンの開花時期の分子制御について初めて明らかにしたものであり、ルーピンの遺伝子発見のためのツールとしてのシンテニーの力と限界の両方を示している。

The transformation of wild plants into domesticated crops usually modifies a common set of characters referred to as 'domestication syndrome' traits such as the loss of pod shattering/seed dehiscence, loss of seed dormancy, reduced anti-nutritional compounds and changes in growth habit, phenology, flower and seed colour. Understanding the genetic control of domestication syndrome traits facilitates the efficient transfer of useful traits from wild progenitors into crops through crossing and selection. Domesticated forms of yellow lupin (Lupinus luteus L.) possess many domestication syndrome traits, while their genetic control remains a mystery. This study aimed to reveal the genetic control of yellow lupin domestication traits. This involved phenotypic characterisation of those traits, defining the genomic regions controlling domestication traits on a linkage map and performing a comparative genomic analysis of yellow lupin with its better-understood relatives, narrow-leafed lupin (L. angustifolius L.) and white lupin (L. albus L.). We phenotyped an F recombinant inbred line (RIL) population of a wide cross between Wodjil (domesticated) × P28213 (wild). Vernalisation responsiveness, alkaloid content, flower and seed colour in yellow lupin were each found to be controlled by single loci on linkage groups YL-21, YL-06, YL-03 and YL-38, respectively. Aligning the genomes of yellow with narrow-leafed lupin and white lupin revealed well-conserved synteny between these sister species (76% and 71%, respectively). This genomic comparison revealed that one of the key domestication traits, vernalisation-responsive flowering, mapped to a region of conserved synteny with the vernalisation-responsive flowering time Ku locus of narrow-leafed lupin, which has previously been shown to be controlled by an FT homologue. In contrast, the loci controlling alkaloid content were each found at non-syntenic regions among the three species. This provides a first glimpse into the molecular control of flowering time in yellow lupin and demonstrates both the power and the limitation of synteny as a tool for gene discovery in lupins.