JP4437895B2 - Novel genetic markers for non-droplet-free genes and their usage - Google Patents

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Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、新規遺伝マーカー、特に、オオムギ3HS染色体における新規遺伝マーカー、およびその利用法に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
1980年代後半から、植物において遺伝マーカー(例えば、DNAマーカー)とそれらを利用した連鎖地図(染色体地図)作成が急速に行われてきた。このDNAマーカーの検出技術の発展は、形態的形質に関与する標識遺伝子を遺伝マーカーとして用いてきた従来の連鎖解析を飛躍的に進展させた。例えば、イネでは、病虫害抵抗性等に代表される単一遺伝子が関与している形質の連鎖解析が効率化されたばかりでなく、従来の方法では解析が困難とされてきた複数の遺伝子が関与する形質(量的形質)についても、DNAマーカーによる関与遺伝子座の解析が可能となった。
【0003】
ここで、「量的形質」について簡単に説明する。単一主働遺伝子支配の形質に対して、出穂期や稈長に代表される多くの農業上重要な形質は、雑種後代で連続的な変異を示すものが多い。このような形質は一般に複数の遺伝子の作用によって決定されている場合が多く、総称して量的形質と呼ばれている。作物の育種において改良対象とされる形質の多く、例えば収量や品質・食味等はこの量的形質に含まれる。
【0004】
係る量的形質に関与する個々の遺伝子座は量的形質遺伝子座(Quantitative Trait Loci:QTL)と呼ばれ、DNAマーカーの利用以前は、連鎖がみられる遺伝様式が明瞭な形態や生化学的な形質を司る遺伝子をマーカーとし、これらのマーカーとの連鎖分析によって試みられてきた。しかしながら、形態的なマーカーは多面発現といったそれ自体が目的の形質に影響する場合が多く、さらに染色体全体に分散する形態的なマーカーを用いることは事実上不可能であった。
【0005】
そのため、新しい遺伝的なマーカーを利用した方法が開発された。核DNAを制限酵素により切断すると、個体または系統によりDNA断片の長さが異なることがある。これをDNA多型と呼ぶ。DNA多型は、通常の形態形質を司る遺伝子と同じくメンデル遺伝をすることから、これらを遺伝的なマーカーとして利用し、相互の遺伝的連鎖の程度を推定して距離の指標とすれば、マーカー相互の染色体上の位置を示す連鎖地図が作成できる。このマーカーをRFLP(Restriction Fragment Length Polymorphism)マーカーと呼ぶ。1980年代になってRFLPマーカーに代表されるDNAマーカーが開発され、量的形質遺伝子座のマッピングも現実的なものとなった。
【0006】
上記RFLPマーカーのようなDNAマーカーによる詳細な連鎖地図を利用することにより、量的形質を支配する遺伝子座(QTL)の連鎖分析も可能となった。また、単に、連鎖群上のDNAマーカーの数が増えても、該当するDNAマーカーがないと連鎖地図上にギャップができる。しかし、ギャップはDNAマーカーの種類を変えることにより埋まる可能性があり、RFLPマーカーによって作成された連鎖地図上のギャップを、マイクロサテライトマーカーなどを使って補う試みも行われている。現在、図1に示すように、DNAマーカーとしては種々のマーカーが開発され利用されている。
【0007】
さらに上記QTL解析は、これまで解析が困難とされた環境による影響を受け易い耐病性や、培養特性などの遺伝性に関する研究にも利用されている(例えば、非特許文献1、2参照)。
【0008】
ところで、オオムギ、コムギ、イネ等の植物では、野生種から栽培種への進化の過程において、諸形質が変化している。なかでも、野生種は成熟すると種子が自然に脱落する(小穂脱落性)が、栽培種は成熟しても人間が収穫して脱穀するまで種子が脱落しない性質(小穂非脱落性)を獲得している。
【0009】
この小穂非脱落性は、オオムギ等の植物における野生種から栽培種への進化の過程において最も大きく、かつ重要な変化の一つである。このため、この遺伝的性質を調べ、遺伝情報の中に刻み込まれた進化の過程をひもとくべく、多くの研究者がその遺伝子分析を行っている。
【0010】
その結果、オオムギの小穂脱落性は、2つの優性補足遺伝子:Btr1およびBtr2によって支配され、その1つが劣性遺伝子(btr1、btr2)である場合は、小穂非脱落性を獲得することがわかった。さらに、これらの遺伝子は、互いに密接に連鎖しているため、小穂非脱落性の栽培種は、btr1 Btr2か、またはBtr1 btr2の遺伝子型であり、両劣性の遺伝子型(btr1 btr2)を有する品種はきわめて稀であることがわかった。また、小穂非脱落性には、地理的分布が存在し、東洋にはBtr1 btr2の遺伝子型(E型)、西洋にはbtr1 Btr2の遺伝子型(W型)が多く見られることがわかっている(非特許文献3参照)。また、btr1、btr2の劣性遺伝子がオオムギの3HS染色体に位置することがわかっている(非特許文献4参照)。しかし、小穂非脱落性は量的形質であるため、その解析は困難を極め、小穂非脱落性に関与する遺伝子btr1、btr2は、いまだ単離・同定されていない。その一方、QTL解析等を利用した最近の研究成果によって、btr1の比較的近傍に位置するAFLP(amplified fragment length polymorphism)マーカーがいくつか開発されている(非特許文献5参照)。
【0011】
【非特許文献1】
Mano, Y., Takahashi, H., Sato, K and Takeda, K.共著、「Mapping Genes for Callus Growth and Shoot Regeneration in Barley (Hordeum vulgare L.) 」、Breeding Science、46: 137〜142、1996
【0012】
【非特許文献2】
Graner, A., Streng, S., Kellermann, A., Schiemann, A., Bauer, E., Waugh, R., pellio, B., Ordon, F共著、「Molecular mapping and genetic fine-structure of the rym5 locus encoding resistance To different strains of the Barley Yellow Mosaic Virus Complex.」、Theor Appl Genet 98:285-290、1999
【0013】
【非特許文献3】
小西 猛朗著、「オオムギの遺伝的分化と地理的分布」、遺伝、1987年、5月号、(41巻、5号)、p6-10
【0014】
【非特許文献4】
TAKAHASHI, R et al.、「Linkage study of two complementary genes for brittle rachis in barely.」、Ber. Ohara lnst. Landw. Biol., Okayama Univ. 12: 99-105.
【0015】
【非特許文献5】
KOMATUDA, T., and Y. MANO, 共著、「Molecular mapping of the intermedium spike-c (int-c) and non-brittle rachis 1 (btr1) loci in barley (Hordeum vulgare L.).」、Theor Appl Genet 105: 85-90
【0016】
【発明が解決しようとする課題】
ここで、QTL解析が有効であるための前提条件には、順序の正確な遺伝マーカー(例えば、DNAマーカー)による連鎖地図が作成されていることである。一般に、マーカー間の密度が高いほど新しくマップされるQTLの位置の精度が高くなり、また、インターバルマッピングによるQTLマップの推定精度は、マーカー間の組換え価が小さいほど推定精度が高い傾向にある。さらに高密度な連鎖地図が利用されれば、QTL、すなわち遺伝子の単離・同定も可能になる。
【0017】
しかしながら、上述のような従来のオオムギ3HS染色体における、btr1近傍のAFLPマーカーのみでは、2つの劣性遺伝子btr1、btr2の正確な位置がわからず、また、btr1、btr2の位置の関連性も不明である。このため、これら2つの劣性遺伝子btr1、btr2を単離・同定するための、詳細な連鎖地図を作製できないという問題があった。
【0018】
また、小穂非脱落性遺伝子btr1、btr2を単離・同定できれば、当該遺伝子を用いることにより、穀物の種子の脱落時期を制御できる可能性があり、学術面だけでなく、農業的にも非常に利用価値の高い、有用な遺伝子であると思われる。
【0019】
そこで、オオムギの小穂非脱落性に関与する遺伝子btr1、btr2を単離・同定するための有効な手段である信頼性の高い連鎖地図を作製するために、さらなるオオムギの3HS染色体における、btr1、btr2近傍に位置する遺伝マーカーが強く求められていた。
【0020】
本発明は、上記の問題点に鑑みてなされたものであり、その目的は、新規遺伝マーカー、特に、オオムギ3HS染色体における、小穂非脱落性遺伝子btr1、btr2近傍に位置する新規遺伝マーカー、およびその利用法を提供することにある。
【0021】
【課題を解決するための手段】
本発明者らは、上記の課題に鑑み鋭意検討した結果、オオムギの3HS染色体における、小穂非脱落性遺伝子btr1、btr2の近傍に存在し、これらbtr1、btr2と密接に連鎖する84の遺伝マーカーを開発し、当該遺伝マーカーについてマッピングを行い、連鎖地図を作製するとともに、さらに、84の遺伝マーカーのうち、9つの遺伝マーカーの塩基配列を特定することにより、本発明を完成させるに至った。
【0022】
すなわち、本発明に係る遺伝マーカーは、オオムギのゲノムDNAをAFLP処理することにより得られる遺伝マーカーであって、オオムギの小穂非脱落性遺伝子btr1、btr2の染色体上の位置と同じ位置、および上記btr1、btr2の染色体上の位置からそれぞれ0.5cM、1.0cM、2.0cMテロメア側の位置、並びに上記btr1、btr2の染色体上の位置からそれぞれ2.7cM、3.2cM、3.7cM、4.2cM、4.7cM動原体側の位置から選択されるいずれかの位置に座乗することを特徴としている。
【0023】
上記の遺伝マーカーは、オオムギ小穂非脱落性遺伝子btr1、btr2の染色体上の位置の近傍に位置し、上記btr1、btr2と密接に連鎖する。このため、上記遺伝マーカーを利用することで、オオムギ小穂非脱落性遺伝子btr1、btr2をクローニングすることができると考えられる。
【0024】
なお、「オオムギの小穂非脱落性遺伝子btr1、btr2の染色体上の位置」とは、オオムギの3HS染色体において、テロメア側から50cM、動原体側から20cMの位置であると考えられている。
【0025】
また、本発明に係る遺伝マーカーは、以下の(a)または(b)に示される塩基配列またはその一部を有するポリヌクレオチドを含むことを特徴としている。(a)配列番号1〜9のいずれかに示される塩基配列。(b)配列番号1〜9のいずれかに示される塩基配列において、1またはそれ以上の塩基が置換、欠失、挿入、及び/または付加された塩基配列であって、植物の小穂非脱落性に関与する遺伝子またはQTLと連鎖する塩基配列。
【0026】
上記のような遺伝マーカーは、オオムギの小穂非脱落性に関与する遺伝子btr1、btr2と連鎖するため、作物育種におけるマーカー選抜(marker assisted selection)を可能にするばかりでなく、連鎖地図作製にも利用可能であり、地図情報を利用した遺伝子単離(map-based cloning)の基盤となる。すなわち、上記遺伝マーカーによれば、オオムギの小穂非脱落性に関与する遺伝子を単離・同定するためのQTL解析等に有用な連鎖地図を作製することができる。さらに、上記遺伝マーカーを指標として、小穂非脱落性の植物を選択的に育種することが可能となる。
【0027】
なお、上記植物は、イネ科植物であることが好ましい。特に、本発明に係る遺伝マーカーは、オオムギ由来であることが好ましい。また、オオムギ3HS染色体における遺伝マーカーであることが好ましい。さらに、上記遺伝マーカーは、AFLPマーカーであることが好ましい。
【0028】
また、本発明に係る遺伝マーカー群は、上記いずれかの遺伝マーカーを少なくとも含み、オオムギ染色体の連鎖地図の作成に用いられることを特徴としている。さらに、本発明に係る遺伝マーカー群は、制限酵素断片長多型(RFLP)マーカー、AFLPマーカー、STSマーカーおよびマイクロサテライトマーカーから選択される少なくとも1つのマーカーを含むことが好ましい。
【0029】
上記の遺伝マーカー群を利用することにより、より正確な連鎖地図を作成することができる。
【0030】
また、本発明に係る連鎖地図は、上記の遺伝マーカー群を用いて作成されることを特徴としている。上記連鎖地図によれば、小穂非脱落性遺伝子またはQTLと連鎖する多くの遺伝マーカーを用いているため、小穂非脱落性遺伝子の位置をより正確に特定することができる。
【0031】
また、本発明に係る小穂非脱落性遺伝子の単離方法は、少なくとも、上記の遺伝マーカー、遺伝マーカー群、または連鎖地図を用いて、植物染色体から小穂非脱落性に関与する遺伝子の座乗位置を特定する工程を含むことを特徴としている。上記の小穂非脱落性遺伝子の単離方法によれば、効率的に小穂非脱落性遺伝子を単離することができる。
【0032】
また、本発明に係る小穂非脱落性遺伝子の単離方法は、さらに、上記遺伝マーカーをプライマーまたはプローブとして用いることが好ましい。また、上記遺伝子の座乗位置を特定する工程は、オオムギの小穂非脱落性に関与する遺伝子についてのQTL解析を行う工程を含むことが好ましい。
【0033】
また、本発明に係る植物個体を選別する方法は、上記の遺伝マーカー、遺伝マーカー群、または連鎖地図を用いて、小穂非脱落性の植物個体を選別することを特徴としている。
【0034】
上記の構成によれば、上記の遺伝マーカー、遺伝マーカー群、または連鎖地図を指標として、簡便かつ効率的に小穂非脱落性の植物個体を選別することができる。
【0035】
【発明の実施の形態】
オオムギは、野生種から栽培種に進化する過程で、成熟しても人間が刈り取るまで、種子を落とさない小穂非脱落性という性質を獲得した。かかるオオムギの小穂非脱落性に関与する遺伝子btr1、btr2(non-brittle rachis 1 (btr1) and 2 (btr2))は、オオムギ3HS染色体に位置することが知られている。しかし、小穂非脱落性は量的形質であり、単純なbtr1、btr2の単離・同定は困難であり、QTL解析を通じての解析が最も効率的であると考えられる。しかし、これまで知られている、btr1、btr2近傍のDNAマーカーだけでは、上記btr1、btr2の位置を正確に特定することができない。
【0036】
そこで、本発明では、3HS染色体におけるbtr1、btr2の位置をより正確に特定すべく、新規遺伝マーカー、およびその利用法を提供する。なお、これらの発明を利用して、小穂非脱落性遺伝子であるbtr1、btr2を単離・同定することが最終的な目的である。以下に、本発明の遺伝マーカーおよびその利用法に関する実施の一形態について図1〜図11に基づいて順に説明する。なお、本発明はこれに限定されるものではない。また、本発明では、小穂非脱落性遺伝子btr1、btr2のことを、小穂非脱落性に関与する遺伝子、小穂非脱落性遺伝子、または単にbtr1、btr2と称することもある。
【0037】
(1)本発明に係る遺伝マーカー
本発明に係る遺伝マーカーは、上述のように、オオムギのゲノムDNAをAFLP処理することにより得られる遺伝マーカーであって、オオムギの小穂非脱落性遺伝子btr1、btr2の染色体上の位置と同じ位置、および上記btr1、btr2の染色体上の位置からそれぞれ0.5cM、1.0cM、2.0cMテロメア側の位置、並びに上記btr1、btr2の染色体上の位置からそれぞれ2.7cM、3.2cM、3.7cM、4.2cM、4.7cM動原体側の位置から選択されるいずれかの位置に座乗する遺伝マーカーであればよい。
【0038】
本発明でいう「AFLP処理」とは、後述する実施例に示すように、被検植物(オオムギ)から調製したDNA試料を2種類の制限酵素で処理した後、当該制限酵素により切断された粘着末端に選択的に結合する所定のAFLPアダプタを接続し、このアダプタに相補的なプライマーを用いたPCRを行い、当該制限酵素断片の第1次増幅産物を得て、この第1次増幅産物を鋳型とし、前述のAFLPアダプタに相補的なプライマーに、制限酵素断片の中に数塩基(本実施例の場合は3塩基)伸長した選択ヌクレオチドを加えたプライマーを用いて、選択的にPCRを行い、遺伝マーカーを得る従来公知のAFLP処理(方法)であればよい。
【0039】
上記2種類の制限酵素としては、例えば、EcoRIおよびMseIを用いることができるが、特に限定されるものではない。また、「制限酵素断片の中に数塩基伸長した選択ヌクレオチドを加えたプライマー」としては、上記第1次増幅産物を鋳型として、PCRによって選択的に遺伝マーカーを増幅できるプライマーであればよく、「数塩基伸長した」とは、例えば、3塩基伸長したプライマーを挙げられるが、特に限定されるものではない1塩基〜十数塩基程度まで伸長したものでもかまわない。また、PCR等のその他のAFLP処理の条件は、従来公知のAFLP処理に基づいて適宜設定でき、特に限定されるものではない。
【0040】
上記の遺伝マーカーとしては、例えば、図2に示される連鎖地図に位置付けられた84の遺伝マーカーを挙げることができる(図2中、上方向がテロメア側、下方向が動原体側)。すなわち、「オオムギの小穂非脱落性遺伝子btr1、btr2の染色体上の位置と同じ位置」に座乗する(位置する)遺伝マーカーとしては、例えば、e09m-25-08、e24m42-08、e26m58-13、e30m07-09、e45m11-11、e50m21-01、e57m10-07、e58m61-09-1、e58m61-09-2、e59m33-13の10個の遺伝マーカーを挙げることができる。また、「オオムギの小穂非脱落性遺伝子btr1、btr2の染色体上の位置から0.5cMテロメア側の位置」に座乗する遺伝マーカーとしては、例えば、e01m12-09、e23m23-07、e40m19-08、e62m32-08の4つの遺伝マーカーを挙げることができる。また、「オオムギの小穂非脱落性遺伝子btr1、btr2の染色体上の位置から1.0cMテロメア側の位置」に座乗する遺伝マーカーとしては、例えば、e05m15-09、e51m34-13が挙げられる。また、「オオムギの小穂非脱落性遺伝子btr1、btr2の染色体上の位置から2.0cMテロメア側の位置」に座乗する遺伝マーカーとしては、例えば、e07m31-09、e22m24-13-1、e22m24-13-2等と図中同じ枠内に含まれる11個の遺伝マーカーを挙げることができる。また、「オオムギの小穂非脱落性遺伝子btr1、btr2の染色体上の位置から2.7cM動原体側の位置」に座乗する遺伝マーカーとしては、例えば、e37-m44-13が挙げられる。また、「オオムギの小穂非脱落性遺伝子btr1、btr2の染色体上の位置から3.2cM動原体側の位置」に座乗する遺伝マーカーとしては、例えば、e23m12-13-1、e23m12-13-2、e23m44-13、e48m02-08の4つの遺伝マーカーを挙げることができる。また、「オオムギの小穂非脱落性遺伝子btr1、btr2の染色体上の位置から3.7cM動原体側の位置」に座乗する遺伝マーカーとしては、例えば、e04m55-09、e06m49-08等と図中同じ枠内に含まれる14個の遺伝マーカーを挙げることができる。また、「オオムギの小穂非脱落性遺伝子btr1、btr2の染色体上の位置から4.2cM動原体側の位置」に座乗する遺伝マーカーとしては、例えば、e34m11-10、e39m08-08等と図中同じ枠内に含まれる6個の遺伝マーカーを挙げることができる。また、「オオムギの小穂非脱落性遺伝子btr1、btr2の染色体上の位置から4.7cM動原体側の位置」に座乗する遺伝マーカーとしては、例えば、e03m36-13-1、e03m36-13-2等と図中同じ枠内に含まれる32個の遺伝マーカーを挙げることができる。
【0041】
これらの遺伝マーカーのうちでも、特に、小穂非脱落性遺伝子btr1、btr2と同じ染色体上の位置に座乗する10個の遺伝マーカー、および小穂非脱落性遺伝子btr1、btr2の染色体上の位置の比較的近傍であって、btr1/btr2の染色体上の位置を挟む両側の位置である「オオムギの小穂非脱落性遺伝子btr1、btr2の染色体上の位置から0.5cMテロメア側の位置」と「オオムギの小穂非脱落性遺伝子btr1、btr2の染色体上の位置から2.7cM動原体側の位置」とに座乗する遺伝マーカーは、小穂非脱落性遺伝子btr1、btr2のクローニング等のために非常に有用である。
【0042】
また、本発明に係る遺伝マーカーは、上述のように、以下の(a)または(b)に示される塩基配列を有する遺伝マーカーであればよい。(a)配列番号1〜9のいずれかに示される塩基配列。(b)配列番号1〜9のいずれかに示される塩基配列において、1またはそれ以上の塩基が置換、欠失、挿入、及び/または付加された塩基配列であって、植物の小穂非脱落性に関与する遺伝子またはQTLと連鎖する塩基配列。
【0043】
本発明でいう、「QTL(Quantitative Trait Loci)」とは量的形質遺伝子座のことである。また、「連鎖」とは、同じ染色体上に位置する2つ以上の遺伝子あるいは遺伝形質が組になって遺伝する現象をいう。
【0044】
また、上記植物は、イネ科植物であることが好ましい。ここでいう「イネ科植物」とは、オオムギ属(Hordeum)、コムギ属、イネ等の植物であればよく、特に限定されるものではない。また、上記遺伝マーカーは、オオムギ由来であることが好ましく、オオムギのゲノムDNAまたはcDNA由来であってもよい。オオムギ属は、二条、六条等の条性、裸性、皮性、並・渦性等の諸性質は特に限定されないことは、いうまでもない。さらに、上記遺伝マーカーは、オオムギの3HS染色体における遺伝マーカーであることが好ましい。
【0045】
また、上記遺伝マーカーは、AFLPマーカーであることが好ましい。ここでいう、「AFLPマーカー」とは、サンプルDNAを2種類の制限酵素で切断し、それらの粘着末端にアダプタを連結させ、当該アダプタに特異的で、かつ制限酵素断片の中にも数塩基伸長したプライマーを用いて、当該制限酵素断片を増幅させた遺伝マーカーをいう。
【0046】
なお、本発明でいう「ポリヌクレオチド」には、RNA及びDNAが含まれるものとする。RNAにはmRNAが含まれ、DNAには、例えばクローニングや化学合成技術またはそれらの組み合わせで得られるようなcDNAやゲノムDNAなどが含まれる。また、DNAは二本鎖でも一本鎖でもよく、一本鎖DNAは、センス鎖となるコードDNAでもよく、アンチセンス鎖となるアンチコード鎖でもよい。さらに、本発明の「遺伝マーカー」は、上記(a)または(b)の塩基配列以外に、その他の塩基配列、例えば、非翻訳領域(UTR)の配列やベクター配列(発現ベクター配列を含む)などの塩基配列を含むものであってもよい。
【0047】
本発明に係る遺伝マーカーは、配列番号1〜9で示される塩基配列を有するポリヌクレオチドそのものであってもよいが、その一部の塩基配列からなるポリヌクレオチドであってもよい。ここでいう「一部の塩基配列」とは、遺伝マーカーとして使用可能な程度の長さの塩基配列を示すものであり、その長さは特に限定されるものではない。
【0048】
また、本発明でいう「1またはそれ以上の塩基が置換、欠失、挿入、および/または付加された」とは、公知の人為的な手法により置換、欠失、挿入、および/または付加できる程度の数の塩基が置換、欠失、挿入、および/または付加される変異を意味する。また、上記変異は、人為的に導入された変異ではなくてもよい。例えば、天然に存在する植物のゲノムから同様の変異を有するポリヌクレオチドを単離して、本発明に係る遺伝マーカーとして用いてもよい。
【0049】
上記の遺伝マーカーとして、本実施の形態では、例えば、▲1▼配列番号1に示される塩基配列を有するゲノムDNA(マーカー名:e05m15-09)、▲2▼配列番号2に示される塩基配列を有するゲノムDNA(マーカー名:e23m23-07)、▲3▼配列番号3に示される塩基配列を有するゲノムDNA(マーカー名:e50m21-01)、▲4▼配列番号4に示される塩基配列を有するゲノムDNA(マーカー名:e09m25-08)、▲5▼配列番号5に示される塩基配列を有するゲノムDNA(マーカー名:e45m11-11)、▲6▼配列番号6に示される塩基配列を有するゲノムDNA(マーカー名:e30m07-09)、▲7▼配列番号7に示される塩基配列を有するゲノムDNA(マーカー名:e40m19-08)、▲8▼配列番号8に示される塩基配列を有するゲノムDNA(マーカー名:e39m23-11)、▲9▼配列番号9に示される塩基配列を有するゲノムDNA(マーカー名:e04m55-09)のほか、上記ゲノムDNAの塩基配列に対応する塩基配列を有するmRNA等が例示される。
【0050】
以下、上記▲1▼〜▲9▼の遺伝マーカー(DNAマーカー)について詳細に説明する。なお、上記▲1▼〜▲9▼の遺伝マーカーは、いずれもSTS化されたマーカーである。また、図3〜図11中下線部で示す配列は、プライマーの塩基配列を示す。これは、植物から抽出したDNAを鋳型にして、直接下記に示すDNAマーカーを増幅させる(AFLP処理ではなく)ためのプライマーとして利用することができ、非常に有用である。
【0051】
▲1▼DNAマーカー:e05m15-09
e05m15-09は、配列番号1に示される塩基配列のポリヌクレオチドを有するDNAマーカーであって、小穂非脱落性遺伝子btr1、btr2の近傍に位置し、当該小穂非脱落性遺伝子またはQTLと連鎖するDNAマーカーである。
【0052】
具体的には、e05m15-09は、図3に示すように、166塩基対からなるDNAマーカーであり、オオムギ品種「Azumamugi」において増幅されるAFLPマーカーであるが、オオムギ品種「Kanto Nakate Gold」においては、増幅されない。
【0053】
▲2▼DNAマーカー:e23m23-07
e23m23-07は、配列番号2に示される塩基配列のポリヌクレオチドを有するDNAマーカーであって、小穂非脱落性遺伝子btr1、btr2の近傍に位置し、当該小穂非脱落性遺伝子またはQTLと連鎖するDNAマーカーである。
【0054】
具体的には、e23m23-07は、図4に示すように、280塩基対からなるDNAマーカーであり、オオムギ品種「Kanto Nakate Gold」において増幅されるAFLPマーカーであるが、オオムギ品種「Azumamugi」においては、増幅されない。
【0055】
▲3▼DNAマーカー:e50m21-01
e50m21-01は、配列番号3に示される塩基配列のポリヌクレオチドを有するDNAマーカーであって、小穂非脱落性遺伝子btr1、btr2の近傍に位置し、当該小穂非脱落性遺伝子またはQTLと連鎖するDNAマーカーである。
【0056】
具体的には、e50m21-01は、図5に示すように、1209塩基対からなるDNAマーカーであり、オオムギ品種「Kanto Nakate Gold」において増幅されるAFLPマーカーである。さらに、図中二重下線で示す塩基「A(アデニン)」の位置は、1塩基多型(SNPs(Single Nucleotide Polymorphisms)、スニップスとも称する)を有する位置であり、当該1塩基多型は制限酵素Ava IIによって検出することができる。
【0057】
▲4▼DNAマーカー:e09m25-08
e09m25-08は、配列番号4に示される塩基配列のポリヌクレオチドを有するDNAマーカーであって、小穂非脱落性遺伝子btr1、btr2の近傍に位置し、当該小穂非脱落性遺伝子またはQTLと連鎖するDNAマーカーである。
【0058】
具体的には、e09m25-08は、図6に示すように、207塩基対からなるDNAマーカーであり、オオムギ品種「Kanto Nakate Gold」において増幅されるAFLPマーカーであるが、オオムギ品種「Azumamugi」においては、増幅されない。
【0059】
▲5▼DNAマーカー:e45m11-11
e45m11-11は、配列番号5に示される塩基配列のポリヌクレオチドを有するDNAマーカーであって、小穂非脱落性遺伝子btr1、btr2の近傍に位置し、当該小穂非脱落性遺伝子またはQTLと連鎖するDNAマーカーである。
【0060】
具体的には、e45m11-11は、図7に示すように、105塩基対からなるDNAマーカーであり、オオムギ品種「Kanto Nakate Gold」において増幅されるAFLPマーカーであるが、オオムギ品種「Azumamugi」においては、増幅されない。
【0061】
▲6▼DNAマーカー:e30m07-09
e30m07-09は、配列番号6に示される塩基配列のポリヌクレオチドを有するDNAマーカーであって、小穂非脱落性遺伝子btr1、btr2の近傍に位置し、当該小穂非脱落性遺伝子またはQTLと連鎖するDNAマーカーである。
【0062】
具体的には、e30m07-09は、図8に示すように、166塩基対からなるDNAマーカーであり、オオムギ品種「Azumamugi」において増幅されるAFLPマーカーであるが、オオムギ品種「Kanto Nakate Gold」においては、増幅されない。
【0063】
▲7▼DNAマーカー:e40m19-08
e40m19-08は、配列番号7に示される塩基配列のポリヌクレオチドを有するDNAマーカーであって、小穂非脱落性遺伝子btr1、btr2の近傍に位置し、当該小穂非脱落性遺伝子またはQTLと連鎖するDNAマーカーである。
【0064】
具体的には、e40m19-08は、図9に示すように、247塩基対からなるDNAマーカーであり、オオムギ品種「Kanto Nakate Gold」において増幅されるAFLPマーカーである。さらに、図中二重下線で示す塩基「A(アデニン)」の位置は、1塩基多型を有する位置であり、当該1塩基多型は制限酵素Dra Iによって検出することができる。
【0065】
▲8▼DNAマーカー:e39m23-11
e39m23-11は、配列番号8に示される塩基配列のポリヌクレオチドを有するDNAマーカーであって、小穂非脱落性遺伝子btr1、btr2の近傍に位置し、当該小穂非脱落性遺伝子またはQTLと連鎖するDNAマーカーである。
【0066】
具体的には、e39m23-11は、図10に示すように、95塩基対からなるDNAマーカーであり、オオムギ品種「Kanto Nakate Gold」において増幅されるAFLPマーカーであるが、オオムギ品種「Azumamugi」においては、増幅されない。
【0067】
▲9▼DNAマーカー:e04m55-09
e04m55-09は、配列番号9に示される塩基配列のポリヌクレオチドを有するDNAマーカーであって、小穂非脱落性遺伝子btr1、btr2の近傍に位置し、当該小穂非脱落性遺伝子またはQTLと連鎖するDNAマーカーである。
【0068】
具体的には、e04m55-09は、図11に示すように、164塩基対からなるDNAマーカーであり、オオムギ品種「Kanto Nakate Gold」において増幅されるAFLPマーカーである。さらに、図中二重下線で示す塩基「C(シトシン)」の位置は、1塩基多型を有する位置であり、当該1塩基多型は制限酵素Msl Iによって検出することができる。
【0069】
なお、上記▲1▼〜▲9▼の遺伝マーカーは、後述する実施例や図2に示す84の遺伝マーカーのうち、染色体上の小穂非脱落性遺伝子btr1、btr2の位置に近い、断片が短すぎない(100bp程度)、断片サイズが小さすぎない等の理由から塩基配列を特定したものである。
【0070】
以上のように、上記▲1▼〜▲9▼の遺伝マーカーは、小穂非脱落性遺伝子btr1、btr2と密接に連鎖すると考えられるため、btr1、btr2対する遺伝マーカーとして利用できる。したがって、上記▲1▼〜▲9▼の遺伝マーカーは、作物育種におけるマーカー選抜を可能にするばかりでなく、オオムギ3HS染色体における連鎖地図作製にも利用可能であり、当該地図情報を利用したbtr1、btr2の単離にも利用可能である。
【0071】
また、本発明に係る遺伝マーカーの一部配列をプローブやプライマーとして用いることができる。このようにプローブに用いる場合としては、例えば、本発明の遺伝マーカーの一部配列をチップやシリコン等の担体上に固定した、いわゆるDNAチップ(マイクロアレイを含む)を構成し、当該DNAチップを各種検査・診断用に用いるような場合が挙げられる。
【0072】
また、上記プローブの配列を、本発明に係る遺伝マーカーの塩基配列の中から選択し、コムギ、イネ、その他の植物のゲノムDNA(またはcDNA)ライブラリーをスクリーニングすれば、上記各遺伝マーカーと同様の機能を有する相同分子や類縁分子をコードする遺伝マーカーを単離できる可能性が高い。
【0073】
したがって、上記遺伝マーカーを利用すれば、オオムギだけでなく、他の植物、例えば、コムギ、イネ等の小穂非脱落性に関与する遺伝子をも、QTL解析によって単離・同定することが可能となると考えられる。
【0074】
なお、本発明にかかる遺伝マーカーの作製方法は、上記の方法や後述する実施例で詳細に説明するように、オオムギの葉から抽出されたDNAをAFLP処理することにより作製している。
【0075】
具体的には、まず被検植物から調製したDNA試料を2種類の制限酵素(本実施例では、EcoRIおよびMseI)で処理した後、当該制限酵素により切断された粘着末端に所定のAFLPアダプタを接続し、このアダプタに相補的なプライマーを用いたPCRを行い、当該制限酵素断片の増幅産物を得る。この増幅産物を鋳型とし、前述のプライマーに、制限酵素断片の中に数塩基(本実施例の場合は3塩基)伸長した選択ヌクレオチドを加えたプライマーを用いてPCRを行い、遺伝マーカーを得ている。なお、得られた増幅産物を電気泳動によって解析し、バンドパターンを親品種と比較し、どちらの親の形質を有するのかを判定することができる。
【0076】
もちろん、本発明にかかる遺伝マーカーの作製方法は、これに限定されるものではなく、公知の他の方法を用いて作製してもよい。すなわち、本発明では、前述した遺伝マーカー(SNPマーカー)やこれを含む遺伝マーカー群を作製できるような方法であれば、どのような方法を採用してもよい。
【0077】
(2)本発明に係る遺伝マーカーの利用法(有用性)
本発明に係る遺伝マーカーの用途としては、遺伝子のクローニングや細胞融合、交配等の実験において目的とする遺伝子の所在を追跡するためのマーカーとして広く用いることができる。特に、本発明に係る遺伝マーカーのうち、塩基配列中に1塩基多型(SNPs)を含んでいるものは、検出が容易であるという利点がある。
【0078】
また、本発明に係る遺伝マーカーを用いる対象となる生物は特に限定されるものではないが、これら遺伝マーカーがオオムギ由来のものであるので、特に好ましい対象としては、オオムギおよびオオムギの属するコムギ連、イネ科植物を挙げることができる。もちろん、用途によってはイネ科植物以外の植物や場合によっては動物も対象とすることができる。
【0079】
本発明に係る遺伝マーカーは、それぞれ単独で上述した各種用途に用いることもできるが、特に、オオムギ染色体の連鎖地図の作成に用いるために、複数を組み合わせて遺伝マーカー群として用いることが好ましい。なお、本発明でいう「連鎖地図」とは、いわゆる遺伝子地図、遺伝地図、染色体地図とよばれるものをも含む広い意味の連鎖地図である。そのため、以下、連鎖地図のことを遺伝子地図、遺伝地図、染色体地図と称する場合もある。
【0080】
本発明に係る遺伝マーカー群をマッピングして得られた連鎖地図は、染色体から目的とする遺伝子を特定する用途に好適に用いることができるが、本発明では、特に、小穂非脱落性遺伝子btr1、btr2の座乗位置を特定する用途に好適に用いることができる。
【0081】
上述したように、小穂非脱落性遺伝子btr1、btr2は、穀物の種子の脱落時期を制御することができる可能性があり、農業的に非常に利用価値の高い、有用な遺伝子であると思われる。このように小穂非脱落性遺伝子は、学術上でも産業上でも有用なものであり、本発明に係る遺伝マーカーまたは遺伝マーカー群を利用すれば、少なくともオオムギから小穂非脱落性遺伝子を有効に単離・同定することが可能となる。
【0082】
本発明に係る遺伝マーカー群は、前述したオリゴヌクレオチドからなる遺伝マーカーを含んでいればよいが、さらに他の遺伝マーカーを含んでいてもよい。他の遺伝マーカーとしては、染色体上で遺伝的な標識として用いることができるものであれば特に限定されないが、具体的には、例えば、制限酵素断片長多型(RFLP、Restriction Fragment Length Polymorphism)マーカー、マイクロサテライトマーカー(SSR(Simple Sequenced Repeat)マーカー)、AFLPマーカー、STS(Sequence Tagged Site、配列認識部位)マーカー等の従来公知の遺伝マーカーを挙げることができる。
【0083】
後述する実施例で説明するように、本発明では、オオムギのゲノムからAFLPにより、STS化された遺伝マーカーを作製している。それゆえ、本発明に係る遺伝マーカーは、ゲノム上で唯一存在するような特異的な塩基配列を含んでいるため、RFLPマーカーやSSRマーカーよりも有用性が高い。しかしながら、本発明に係る遺伝マーカーと、他のRFLPマーカー、SSRマーカー、AFLPマーカー、STSマーカーとを組み合わせて遺伝マーカー群として用いれば、より詳細な連鎖地図を作成することができるので、その有用性はさらに一層向上する。
【0084】
例えば、本発明では、図2に示すように、本発明に係る遺伝マーカーと、その他のAFLPマーカーとを組み合わせてオオムギの連鎖地図を作成することができる。この連鎖地図では、オオムギの3HS染色体について、次のように遺伝マーカーが位置付けられている。なお、図2において、上方向がテロメア側であって、下方向が動原体側である。
【0085】
すなわち、図2に示すように、オオムギ3H染色体において、86個の遺伝マーカーが位置付けられる。そのうち、上記▲1▼〜▲9▼に示す9つの本発明に係る遺伝マーカーは、いずれも小穂非脱落性遺伝子btr1、btr2の近傍に位置しているのがわかる(図中網かけされたマーカー)。具体的には、従来知られていた遺伝マーカー:e14m-27-04-01、e15m19-07(非特許文献5参照、図2中太字で示すマーカー)は、図2に示すように、小穂非脱落性遺伝子btr1、btr2が含まれる領域から、それぞれテロメア側に距離約2.0cM、動原体側に4.7cMはなれている。一方、上記▲3▼〜▲6▼の遺伝マーカーは、btr1、btr2が含まれる領域と同じ領域に含まれることがわかった。また、▲1▼の遺伝マーカーは、btr1、btr2が含まれる領域からテロメア側に距離約1.0cM離れており、▲2▼および▲7▼の遺伝マーカーは、btr1、btr2が含まれる領域からテロメア側に距離約0.5cM離れており、▲8▼および▲9▼の遺伝マーカーは、btr1、btr2が含まれる領域から動原体側に距離約3.7〜4.7cM離れている。なお、図2に示す3H染色体の全長は9.9cMである。
【0086】
つまり、本発明に係る遺伝マーカーはいずれも、これまで公表されている遺伝マーカー:e14m-27-04-01、e15m19-07に比べて、小穂非脱落性遺伝子btr1、btr2のより近傍に座乗することがわかった。つまり、本発明に係る遺伝マーカーは小穂非脱落性遺伝子btr1、btr2とより密接に連鎖するといえることから、この点からも本発明の有用性が明らかである。
【0087】
以上のように、本発明に係る連鎖地図は、上記の遺伝マーカー群を用いて作製されているオオムギ染色体における連鎖地図であればよく、特に限定されるものではない。
【0088】
連鎖地図では、マーカー間の密度が高いほど、遺伝子の位置の精度が高くなることは上述したが、本発明に係る連鎖地図はまさに、高密度な連鎖地図であり、これを利用すれば、小穂非脱落性遺伝子の単離・同定も可能になると考えられる。
【0089】
なお、本発明にかかる連鎖地図の作製方法には、従来公知の方法が利用でき、特に限定されるものではない。例えば、計算ソフトを使った通常の方法が挙げられる(LANDER, E., P. GREEN, J. ABRAHAMSON, A. BARLOW, M. DALY et al., 1987 Mapmaker: an interactive computer package for constructing primary genetic linkage maps of experimental and natural populations. Genomics 1: 174-181.、またはLINCOLN, S., M. DALY and E. LANDER, 1993 Constructing genetic linkage maps with Mapmaker/Exp 3.0. Whitehead Institute for Biomedical Research Technical Report. 3rd ed, Cambridge, MA, USA.等)。
【0090】
また、本発明に係る遺伝マーカー群は、小穂非脱落性遺伝子を特定する用途では、特に、オオムギの3HS染色体に位置付けられる遺伝マーカーを含むことが好ましい。前述したようにオオムギにおける小穂非脱落性遺伝子は、3HS染色体に座乗すると報告されている。それゆえ、当該遺伝子を単離・同定するために利用する遺伝子地図を作成するには、3HS染色体に位置付けられる遺伝マーカーを多く含むことが非常に好ましい。
【0091】
上記のように、本発明に係る遺伝マーカーや遺伝マーカー群を用いれば、小穂非脱落性遺伝子を特定するための遺伝子地図を作成することができる。このため、本発明には、上記遺伝マーカーや遺伝マーカー群、または上記連鎖地図を用いて、植物染色体から小穂非脱落性遺伝子の座乗位置を特定する工程を含む小穂非脱落性遺伝子の単離方法(クローニング方法)が含まれる。
【0092】
小穂非脱落性遺伝子のクローニング方法としては、具体的には、特に限定されるものではなく、公知の方法を用いることができる。例えば、本発明に係る上記遺伝マーカーや遺伝マーカー群をプライマーまたはプローブとして用いることにより、小穂非脱落性遺伝子を単離・同定すればよい。
【0093】
また、上記遺伝マーカー、または遺伝マーカー群を位置付けた連鎖地図をもとに、小穂非脱落性遺伝子の染色体上の位置をより詳細に特定しクローニングを行う、いわゆるマップベースクローニングを行うことで、小穂非脱落性遺伝子を単離・同定することも可能である。そのための具体的な方法の1つとして、いわゆるQTL解析を利用した方法が挙げられる。
【0094】
上記QTL解析方法は、上記いずれかの遺伝マーカー、遺伝マーカー群、または連鎖地図(以下、遺伝マーカー等と称する場合もある)を用いて、オオムギの小穂非脱落性に関与する遺伝子btr1、btr2についてのQTL解析を行う方法であればよく、その他の条件、方法等は、従来公知のQTL解析方法を用いることができ、特に限定されるものではない。
【0095】
QTL解析の原理は、雑種集団の各個体をマーカーの遺伝子型グループに分類し、それらの平均値を比較することから始まる。マーカーと解析対象形質に関与するQTLの一つとが連鎖していれば、遺伝子型グループの平均値間に偏りが生じる。連鎖していなければ、それらの間に偏りはない。これを発展させ、マーカーの存在しないマーカー間に対応させた解析が、インターバルマッピング法によるQTL解析である。解析対象の生物種の染色体全体に分散するマーカーを用いてこの解析を繰り返すと、解析対象形質に関与する染色体領域が明らかになる。
【0096】
また、QTL解析で重要な項目の中に、交配親として解析対象の形質について大きな差異、すなわち遺伝的に異なる品種の選抜が重要となる。それにより、形質に関与するQTL中の主要なものが検出されると期待できる。
【0097】
すなわち、「QTL解析」とはQTLのマッピングであればよい。さらに,マップされたQTLを単離する具体的な方法として、例えば、以下の方法が挙げられる。まず、2品種の親個体を交配させ、実験材料として多数の系統群の作出を行う。次に、目的とする形質を指標にこの系統群のゲノムを解析し、目的遺伝子の近傍に存在すると考えられる遺伝マーカー(DNAマーカー)を統計的に解析し、見つけ出す。この遺伝マーカーを用いて連鎖地図を作製し、それぞれの遺伝マーカーを指標としながら片方の親で戻し交雑を繰り返して、目的遺伝子の周辺のみがもう片方の親由来である個体を作製する。ここで得られた個体は、準同質遺伝子系統と呼ばれ、この準同質遺伝子系統を利用して、目的遺伝子の染色体上の位置を絞り込んでいくことで、目的のQTL、すなわち遺伝子を単離する。
【0098】
本発明に係るQTL解析方法によれば、上記遺伝マーカーまたは上記の連鎖地図を利用しているため、オオムギの小穂非脱落性に関与する遺伝子についてのQTL解析を行った結果、btr1、btr2の位置の正確性と信頼性とを高めることができる。したがって、本発明のQTL解析によって、オオムギの小穂非脱落性に関与する遺伝子btr1、btr2の位置をより正確に特定することができ、当該遺伝子を単離・同定することができると考えられる。
【0099】
さらに、例えば、上記いずれかの遺伝マーカー、遺伝マーカー群、または連鎖地図を指標として、小穂非脱落性を有する植物(個体)を選抜することができる。上記植物(個体)選抜方法は、上記の遺伝マーカー等を指標として用いていればよく、その他の工程、条件、材料等は特に限定されるものではない。
【0100】
上記植物選抜方法の具体的方法としては、植物育種における従来公知の手法が利用でき、特に限定されるものではない。具体的には、例えば、交配等により作出した植物のゲノムDNAを抽出し、本発明に係る遺伝マーカーまたは遺伝マーカー群を有するか否かを指標として植物を選抜する方法が挙げられる。なお、上記遺伝マーカーまたは遺伝マーカー群を検出する手段としては、例えば、上記遺伝マーカー等の一部の配列を固定化させたDNAチップを用いる方法、または上記遺伝マーカー等の一部の配列をプライマーとするPCRにより上記遺伝マーカー等を増幅させる方法等の従来公知の方法が利用でき、特に限定されるものではない。
【0101】
また、その他にも、例えば、上記いずれかの遺伝マーカー等を指標として、小穂非脱落性を有する植物を生産することができる可能性がある。上記植物生産方法は、上記遺伝マーカーを指標としていればよく、その他の工程、条件、材料等は、特に限定されるものではない。
【0102】
本発明に係る植物生産方法の具体的な方法としては、植物育種における従来公知の手法または遺伝子工学的な手法が利用でき、特に限定されるものではない。具体的には、例えば、上記遺伝マーカーを有する植物を親個体として交配させて上記遺伝マーカーを有する植物個体を生産する方法、または上記遺伝マーカーを含むDNA領域をベクター等を利用した遺伝子導入等の遺伝子工学的な手法によって、上記遺伝マーカーを有する植物を生産する方法が挙げられる。なお、生産した植物個体が上記遺伝マーカーを有するか否かは、上述のDNAチップやPCR法を利用して簡便に調べることができる。
【0103】
なお、ここでいう「植物」には、オオムギ、コムギ、イネ等のイネ科植物が好ましい。
【0104】
上記のように、上記植物選抜方法によれば、非常に簡便かつ高確率で、小穂非脱落性を有する植物を選抜することができる。また、上記植物生産方法によれば、非常に簡便かつ高確率で、小穂非脱落性を有する植物を生産することができる。
【0105】
以下添付した図面に沿って実施例を示し、本発明の実施の形態についてさらに詳しく説明する。もちろん、本発明は以下の実施例に限定されるものではなく、細部については様々な態様が可能であることはいうまでもない。さらに、本発明は上述した実施形態に限定されるものではなく、請求項に示した範囲で種々の変更が可能であり、それぞれ開示された技術的手段を適宜組み合わせて得られる実施形態についても本発明の技術的範囲に含まれる。
【0106】
【実施例】
オオムギの小穂非脱落性遺伝子btr1、btr2について、染色体上の位置を詳細に特定し、かかる遺伝子btr1、btr2を単離・同定することを目的として、遺伝マーカーを作製した。具体的には、以下のように行った。
【0107】
〔1〕実験材料と実験方法
〔1−1〕使用した植物
本実施例では、以下に示すオオムギ品種を使用した。Hordeum vulgare ssp. vulgare cvs. Azumamugi, Kanto Nakate Gold (Barley Breeding Laboratory, National Institute of Crop Science, Tsukuba)。
【0108】
上記オオムギ品種からゲノムDNAを抽出し、以下のAFLPマーカーの作製に用いた。
【0109】
〔1−2〕AFLPマーカーの作製
AFLPマーカーの作製は、基本的には、MANOらの方法に従った(MANO,Y.,et al.、「Construction of a genetic map of barley (Hordeum vulgare L.) cross 'Azumamugi' x 'Kanto Nakate Gold' using a simple and efficient amplified fragment-length polymorphism system.」、Genome 44: 284-292)。具体的には、まず上記オオムギ品種の植物個体から調製したDNA試料を制限酵素EcoRIおよびMseIで処理した後、生じた制限酵素断片に対して、制限酵素の粘着末端に特異的に結合するAFLPアダプタを接続させた。上記AFLPアダプタとしては、制限酵素EcoRIによる粘着末端に結合するE-側AFLPアダプタと、制限酵素MseIによる粘着末端に結合するM-側AFLPアダプタとを用いた。これらAFLPアダプタは、2本鎖DNAであり、具体的には、E-側AFLPアダプタとして、配列番号10に示される塩基配列を有するE-adapter1と配列番号11に示される塩基配列を有するE-adapter2とを混ぜて使用し、M-側AFLPアダプタとして、配列番号12に示される塩基配列を有するM-adapter1と配列番号13に示される塩基配列を有するM-adapter2とを混ぜて使用した。
【0110】
次に、上記AFLPアダプタに相補的なプライマーを用いてPCRを行い、第1次増幅産物を得る。具体的には、E-側AFLPアダプタに相補的なプライマーとして、配列番号14に示される塩基配列を有するE-000を使用し、M-側AFLPアダプタに相補的なプライマーとして、配列番号15に示される塩基配列を有するM-000を使用した。
【0111】
続いて、この第1次増幅産物を鋳型とし、上記AFLPアダプタに相補的なプライマーである、E-000またはM-000に3個の選択ヌクレオチドを加えたプライマーを用いてPCRを行った。なお、上記E-000に3個の選択ヌクレオチドを加えたプライマーとしては、配列番号16〜79のいずれかに示される塩基配列を有する64種類のプライマーe01〜e64を用い、また、上記M-000に3個の選択ヌクレオチドを加えたプライマーは、配列番号80〜143のいずれかに示される塩基配列を有する64種類のプライマーm01〜m64を用いた。そして、上記PCRの結果、得られた増幅産物をAFLPマーカーとし、その塩基配列を決定した。なお、PCR等の詳細な条件は、上記文献に従った。
【0112】
〔1−3〕QTL解析
Composite interval mapping(CIM)のQTL解析は、コンピュータープログラムQTL Cartographer Version 1.14 (Basten et al.、「A reference manual and tutorial for QTL mapping.」、Department of Statictics, North Carolina State University, Raleigh, NC, USA)によって行い、データのbrittleness (%)は、arcsin√p変換を行った。
【0113】
ベースマップのために100個のマーカーを用いた。CIMは、デフォルト用意されたモデル6(5つのバックグラウンドマーカーと10cMのwindowサイズ)にて実行した。バックグラウンドマーカーの包括は、正確に解析され、効率的なQTLsマッピングが可能となる。Log-likelihood(LOD)スコアの3.0の閾値は、形質と関連する仮想の位置を含む領域が用いられている。
【0114】
〔1−4〕AFLPマーカーのマッピング
上記〔1−2〕で得たAFLPマーカーを位置付けた連鎖地図の作製方法は、基本的には、MANOらの方法に従った(MANO,Y.,et al.、「Construction of a genetic map of barley (Hordeum vulgare L.) cross 'Azumamugi' x 'Kanto Nakate Gold' using a simple and efficient amplified fragment-length polymorphism system.」、Genome 44: 284-292)。具体的には、計算ソフトを使った通常の方法で行った(LANDER, E., P. GREEN, J. ABRAHAMSON, A. BARLOW, M. DALY et al., 1987 Mapmaker: an interactive computer package for constructing primary genetic linkage maps of experimental and natural populations. Genomics 1: 174-181.、またはLINCOLN, S., M. DALY and E. LANDER, 1993 Constructing genetic linkage maps with Mapmaker/Exp 3.0. Whitehead Institute for Biomedical Research Technical Report. 3rd ed, Cambridge, MA, USA.)。
【0115】
〔2〕結果
オオムギの小穂非脱落性に関与する遺伝子btr1、btr2の染色体上の位置を特定するために、まず上記〔1−3〕に示す方法により、QTL解析を行った。その結果、図1に示すように、オオムギの3H染色体において従来から知られていたAFLPマーカー:e14m27-4-1とe15m19-7との間に大きなピークが検出された。このことから、小穂非脱落性遺伝子btr1、btr2は、AFLPマーカー:e14m27-4-1とe15m19-7との間に座乗すると考えられた。
【0116】
そして、AFLPマーカー:e14m27-4-1とe15m19-7との間に座乗し、小穂非脱落性遺伝子btr1、btr2のより近傍に位置する遺伝マーカーを作製するために、上記〔1−2〕に示す方法により、84のAFLPマーカーを得た。次いで、これら84のAFLPマーカーを〔1−4〕の方法にしたがって、位置付けた連鎖地図を作製した。図2にこの連鎖地図を示す。図中、太字で示したマーカーは、従来から知られているAFLPマーカー:e14m27-4-1とe15m19-7である。それ以外が今回作製したAFLPマーカーである。なお、図2において、上方向がテロメア側であって、下方向が動原体側である。
【0117】
同図に示すように、上記84のAFLPマーカーはいずれも、小穂非脱落性遺伝子btr1、btr2の染色体上の位置の近傍に座乗することがわかった。
【0118】
そして、上記84のAFLPマーカーのうち、小穂非脱落性遺伝子btr1、btr2により近い、断片が短すぎない(100bp程度)などの基準に従い、9つのAFLPマーカーの塩基配列を決定した。この9つのマーカーは、図2の連鎖地図における網かけされたマーカーである。
【0119】
これら9つのAFLPマーカーの塩基配列を、それぞれ配列番号1〜9に示す。具体的には、▲1▼配列番号1はe05m15-09の塩基配列を、▲2▼配列番号2はe23m23-07の塩基配列を、▲3▼配列番号3はe50m21-01の塩基配列を、▲4▼配列番号4はe09m25-08の塩基配列を、▲5▼配列番号5はe45m11-11の塩基配列を、▲6▼配列番号6はe30m07-09の塩基配列を、▲7▼配列番号7はe40m19-08の塩基配列を、▲8▼配列番号8はe39m23-11の塩基配列を、▲9▼配列番号9はe04m55-09の塩基配列をそれぞれ示している。
【0120】
▲1▼e05m15-09は、図3に示すように、166塩基対からなるDNAマーカーであり、オオムギ品種「Azumamugi」において増幅されるAFLPマーカーであるが、オオムギ品種「Kanto Nakate Gold」においては、増幅されない。
【0121】
▲2▼e23m23-07は、図4に示すように、280塩基対からなるDNAマーカーであり、オオムギ品種「Kanto Nakate Gold」において増幅されるAFLPマーカーであるが、オオムギ品種「Azumamugi」においては、増幅されない。
【0122】
▲3▼e50m21-01は、図5に示すように、1209塩基対からなるDNAマーカーであり、オオムギ品種「Kanto Nakate Gold」において増幅されるAFLPマーカーである。さらに、図中二重下線で示す塩基「A(アデニン)」の位置は、1塩基多型(SNPs(Single Nucleotide Polymorphisms)、スニップスとも称する)を有する位置であり、当該1塩基多型は制限酵素Ava IIによって検出することができる。
【0123】
▲4▼e09m25-08は、図6に示すように、207塩基対からなるDNAマーカーであり、オオムギ品種「Kanto Nakate Gold」において増幅されるAFLPマーカーであるが、オオムギ品種「Azumamugi」においては、増幅されない。
【0124】
▲5▼e45m11-11は、図7に示すように、105塩基対からなるDNAマーカーであり、オオムギ品種「Kanto Nakate Gold」において増幅されるAFLPマーカーであるが、オオムギ品種「Azumamugi」においては、増幅されない。
【0125】
▲6▼e30m07-09は、図8に示すように、166塩基対からなるDNAマーカーであり、オオムギ品種「Azumamugi」において増幅されるAFLPマーカーであるが、オオムギ品種「Kanto Nakate Gold」においては、増幅されない。
【0126】
▲7▼e40m19-08は、図9に示すように、247塩基対からなるDNAマーカーであり、オオムギ品種「Kanto Nakate Gold」において増幅されるAFLPマーカーである。さらに、図中二重下線で示す塩基「A(アデニン)」の位置は、1塩基多型を有する位置であり、当該1塩基多型は制限酵素Dra Iによって検出することができる。
【0127】
▲8▼e39m23-11は、図10に示すように、95塩基対からなるDNAマーカーであり、オオムギ品種「Kanto Nakate Gold」において増幅されるAFLPマーカーであるが、オオムギ品種「Azumamugi」においては、増幅されない。
【0128】
▲9▼e04m55-09は、図11に示すように、164塩基対からなるDNAマーカーであり、オオムギ品種「Kanto Nakate Gold」において増幅されるAFLPマーカーである。さらに、図中二重下線で示す塩基「C(シトシン)」の位置は、1塩基多型を有する位置であり、当該1塩基多型は制限酵素Msl Iによって検出することができる。
【0129】
これら9つのAFLPマーカーは、図2の連鎖地図に示すように、小穂非脱落性遺伝子btr1、btr2の近傍に位置することから、小穂非脱落性遺伝子btr1、btr2と密接に連鎖していると考えられる。
【0130】
また、図2に示す連鎖地図は、高密度のAFLPマーカーを位置付けた連鎖地図であるため、正確に小穂非脱落性遺伝子btr1、btr2の座乗位置を特定することができ、ひいては、小穂非脱落性遺伝子btr1、btr2を単離・同定できる。
【0131】
【発明の効果】
以上のように、本発明の遺伝マーカーによれば、信頼性の高い連鎖地図を作製することができるだけでなく、小穂非脱落性に関与する遺伝子btr1、btr2について、より精度の高いQTL解析を行うことができるという効果を奏する。したがって、小穂非脱落性に関与する遺伝子btr1、btr2を単離・同定するための非常に有用な手段となるという効果を奏する。
【0132】
【配列表】

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【図面の簡単な説明】
【図1】オオムギの小穂非脱落性についてのQTL解析の結果を示す図である。
【図2】本実施の一形態における遺伝マーカーを位置付けたオオムギ3HS染色体における連鎖地図を示す図である。
【図3】本実施の一形態における遺伝マーカー▲1▼:e05m15-09の塩基配列を示す図である。
【図4】本実施の一形態における他の遺伝マーカー▲2▼:e23m23-07の塩基配列を示す図である。
【図5】本実施の一形態における他の遺伝マーカー▲3▼:e50m21-01の塩基配列を示す図である。
【図6】本実施の一形態における他の遺伝マーカー▲4▼:e09m25-08の塩基配列を示す図である。
【図7】本実施の一形態における他の遺伝マーカー▲5▼:e45m11-11の塩基配列を示す図である。
【図8】本実施の一形態における他の遺伝マーカー▲6▼:e30m07-09の塩基配列を示す図である。
【図9】本実施の一形態における他の遺伝マーカー▲7▼:e40m19-08の塩基配列を示す図である。
【図10】本実施の一形態における他の遺伝マーカー▲8▼:e39m23-11の塩基配列を示す図である。
【図11】本実施の一形態における他の遺伝マーカー▲9▼:e04m55-09の塩基配列を示す図である。[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a novel genetic marker, in particular, a novel genetic marker in the barley 3HS chromosome, and a method for using the same.
[0002]
[Prior art]
Since the late 1980s, genetic markers (eg, DNA markers) and linkage maps (chromosome maps) using them have been rapidly produced in plants. The development of this DNA marker detection technology has greatly advanced the conventional linkage analysis that uses a marker gene involved in morphological traits as a genetic marker. For example, in rice, not only has the efficiency of linkage analysis of traits involving a single gene typified by resistance to insects and insects involved, but also multiple genes that have been difficult to analyze by conventional methods are involved. With respect to traits (quantitative traits), it became possible to analyze the gene loci involved by DNA markers.
[0003]
Here, the “quantitative character” will be briefly described. In contrast to the single dominant gene-dominated trait, many agriculturally important traits typified by heading time and culm length often show continuous variation in hybrid progeny. In general, such traits are often determined by the action of a plurality of genes, and are collectively called quantitative traits. Many traits that are targeted for improvement in crop breeding, such as yield, quality, and taste, are included in this quantitative trait.
[0004]
Individual loci involved in such quantitative traits are called Quantitative Trait Loci (QTL), and before the use of DNA markers, the form of genetics with a clear linkage and biochemical Attempts have been made by linkage analysis with genes that control traits as markers. However, morphological markers, such as pleiotropic expression, often affect the target trait, and it has been virtually impossible to use morphological markers that are distributed throughout the chromosome.
[0005]
Therefore, a method using a new genetic marker was developed. When nuclear DNA is cleaved with a restriction enzyme, the length of the DNA fragment may vary depending on the individual or strain. This is called a DNA polymorphism. Since DNA polymorphism has Mendelian inheritance like the gene that controls normal morphological traits, if these are used as genetic markers and the degree of mutual genetic linkage is estimated and used as an index of distance, the marker A linkage map showing the positions on each chromosome can be created. This marker is called an RFLP (Restriction Fragment Length Polymorphism) marker. In the 1980s, DNA markers represented by RFLP markers were developed, and quantitative trait loci mapping became realistic.
[0006]
By using a detailed linkage map with a DNA marker such as the above RFLP marker, linkage analysis of a locus (QTL) governing quantitative traits has become possible. Furthermore, even if the number of DNA markers on the linkage group increases, if there is no corresponding DNA marker, a gap is formed on the linkage map. However, there is a possibility that the gap is filled by changing the type of the DNA marker, and attempts have been made to compensate for the gap on the linkage map created by the RFLP marker using a microsatellite marker or the like. Currently, as shown in FIG. 1, various markers have been developed and used as DNA markers.
[0007]
Furthermore, the QTL analysis is also used for research on disease resistance that is easily affected by the environment, which has been difficult to analyze until now, and genetics such as culture characteristics (for example, see Non-Patent Documents 1 and 2).
[0008]
Incidentally, in plants such as barley, wheat, and rice, various traits have changed in the process of evolution from wild species to cultivated species. In particular, seeds fall off naturally when mature in wild species (droplet-dropping properties), but seeds do not fall off until cultivated seeds are harvested and threshed by humans (droplet-dropping properties). Have earned.
[0009]
This spikelet loss is one of the most important and important changes in the process of evolution from wild species to cultivated species in plants such as barley. For this reason, many researchers are conducting genetic analysis to investigate this genetic property and to trace the evolutionary process engraved in the genetic information.
[0010]
As a result, it was found that the spikelet loss of barley is controlled by two dominant complementary genes: Btr1 and Btr2, and if one of them is a recessive gene (btr1, btr2), the spikelet loss is acquired. It was. In addition, because these genes are closely linked to each other, the spikelet-free cultivars are either btr1 Btr2 or Btr1 btr2 genotypes and have both recessive genotypes (btr1 btr2) The variety was found to be extremely rare. In addition, there is a geographic distribution of spikelet deciduousness, and it is known that the Btr1 btr2 genotype (E type) is common in the east and the btr1 Btr2 genotype (W type) is common in the west. (See Non-Patent Document 3). Moreover, it is known that the recessive genes of btr1 and btr2 are located in the 3HS chromosome of barley (see Non-Patent Document 4). However, since spikelet detachment is a quantitative trait, its analysis is extremely difficult, and genes btr1 and btr2 involved in spikelet detachment have not been isolated or identified yet. On the other hand, several AFLP (amplified fragment length polymorphism) markers located relatively close to btr1 have been developed by recent research results using QTL analysis or the like (see Non-Patent Document 5).
[0011]
[Non-Patent Document 1]
Mano, Y., Takahashi, H., Sato, K and Takeda, K., "Mapping Genes for Callus Growth and Shoot Regeneration in Barley (Hordeum vulgare L.)", Breeding Science, 46: 137-142, 1996.
[0012]
[Non-Patent Document 2]
Graner, A., Streng, S., Kellermann, A., Schiemann, A., Bauer, E., Waugh, R., pellio, B., Ordon, F, `` Molecular mapping and genetic fine-structure of the rym5 locus encoding resistance To different strains of the Barley Yellow Mosaic Virus Complex. '', Theor Appl Genet 98: 285-290, 1999
[0013]
[Non-Patent Document 3]
Takero Konishi, “Genetic differentiation and geographical distribution of barley”, Genetics, 1987, May, (Vol.41, No.5), p6-10
[0014]
[Non-Patent Document 4]
TAKAHASHI, R et al., "Linkage study of two complementary genes for brittle rachis in barely.", Ber. Ohara lnst. Landw. Biol., Okayama Univ. 12: 99-105.
[0015]
[Non-Patent Document 5]
KOMATUDA, T., and Y. MANO, co-authored, `` Molecular mapping of the intermedium spike-c (int-c) and non-brittle rachis 1 (btr1) loci in barley (Hordeum vulgare L.). '', Theor Appl Genet 105: 85-90
[0016]
[Problems to be solved by the invention]
Here, a precondition for the effectiveness of the QTL analysis is that a linkage map with genetic markers (for example, DNA markers) having an accurate order is created. In general, the higher the density between the markers, the higher the accuracy of the position of the newly mapped QTL, and the estimation accuracy of the QTL map by interval mapping tends to be higher as the recombination value between the markers is smaller. . If a higher-density linkage map is used, QTL, that is, gene isolation / identification becomes possible.
[0017]
However, in the conventional barley 3HS chromosome as described above, only the AFLP marker near btr1 does not reveal the exact positions of the two recessive genes btr1 and btr2, and the relationship between the positions of btr1 and btr2 is unknown. . Therefore, there is a problem that a detailed linkage map for isolating and identifying these two recessive genes btr1 and btr2 cannot be prepared.
[0018]
In addition, if the spikelet non-dropping genes btr1 and btr2 can be isolated and identified, the use of these genes may control the drop-off time of cereal seeds. It seems to be a useful gene with high utility value.
[0019]
Therefore, in order to produce a reliable linkage map, which is an effective means for isolating and identifying the genes btr1 and btr2 involved in barley spikelet loss, btr1, in the 3HS chromosome of barley, A genetic marker located near btr2 has been strongly sought.
[0020]
The present invention has been made in view of the above-mentioned problems, and the object thereof is a novel genetic marker, in particular, a novel genetic marker located in the vicinity of the non- spikelet deciduous genes btr1, btr2 in the barley 3HS chromosome, and The purpose is to provide usage.
[0021]
[Means for Solving the Problems]
As a result of intensive investigations in view of the above problems, the present inventors have found that 84 genetic markers are present in the vicinity of btr1 and btr2 and are closely linked to btr1 and btr2 in the 3HS chromosome of barley. The present invention has been completed by mapping the genetic marker, creating a linkage map, and further identifying the base sequence of 9 genetic markers out of 84 genetic markers.
[0022]
That is, the genetic marker according to the present invention is a genetic marker obtained by treating barley genomic DNA with AFLP, the same position as the position of the barley spikelet-free genes btr1, btr2 on the chromosome, and the above From the positions of btr1 and btr2 on the chromosome 0.5cM, 1.0cM and 2.0cM on the telomere side, and from the positions of btr1 and btr2 on the chromosome 2.7cM, 3.2cM and 3.7cM, It is characterized by being seated at any position selected from 4.2 cM and 4.7 cM centromere side positions.
[0023]
The above genetic marker is located near the position of the barley spikelet non-dropping genes btr1 and btr2 on the chromosome, and is closely linked to btr1 and btr2. For this reason, it is considered that the barley spikelet non-dropping genes btr1 and btr2 can be cloned by using the above genetic marker.
[0024]
The “position on the chromosome of barley spikeless genes btr1 and btr2” is considered to be a position of 50 cM from the telomere side and 20 cM from the centromere side in the 3HS chromosome of barley.
[0025]
The genetic marker according to the present invention is characterized by comprising a polynucleotide having the base sequence shown in the following (a) or (b) or a part thereof. (A) The base sequence shown in any one of SEQ ID NOs: 1 to 9. (B) a base sequence in which one or more bases are substituted, deleted, inserted, and / or added in the base sequence shown in any of SEQ ID NOs: 1 to 9, and the spikelet of the plant is not lost A nucleotide sequence linked to a gene or QTL involved in sex.
[0026]
These genetic markers are linked to the btr1 and btr2 genes involved in barley spikelet defoliation, enabling marker assisted selection in crop breeding as well as linkage mapping. It can be used as a base for map-based cloning using map information. That is, according to the above genetic marker, a linkage map useful for QTL analysis or the like for isolating and identifying a gene involved in barley spikelet defoliation can be prepared. Furthermore, it becomes possible to selectively breed a spikelet non-dropping plant using the genetic marker as an index.
[0027]
In addition, it is preferable that the said plant is a gramineous plant. In particular, the genetic marker according to the present invention is preferably derived from barley. Further, it is preferably a genetic marker in the barley 3HS chromosome. Furthermore, the genetic marker is preferably an AFLP marker.
[0028]
The genetic marker group according to the present invention includes at least one of the above genetic markers, and is characterized in that it is used to create a linkage map of barley chromosomes. Furthermore, the genetic marker group according to the present invention preferably includes at least one marker selected from restriction enzyme fragment length polymorphism (RFLP) marker, AFLP marker, STS marker and microsatellite marker.
[0029]
By using the above genetic marker group, a more accurate linkage map can be created.
[0030]
In addition, the linkage map according to the present invention is characterized by being created using the genetic marker group described above. According to the linkage map, since many genetic markers linked to the spikelet non-dropping gene or QTL are used, the position of the spikelet non-dropping gene can be identified more accurately.
[0031]
In addition, the method for isolating a spikelet deciduous gene according to the present invention uses at least the genetic marker, genetic marker group, or linkage map described above, and the locus of a gene involved in spikelet deciduousness from a plant chromosome. It includes a step of specifying the riding position. According to the above method for isolating spikelet-free genes, spikelet-free genes can be efficiently isolated.
[0032]
Moreover, in the method for isolating the spikelet non-dropping gene according to the present invention, it is preferable to use the genetic marker as a primer or a probe. Moreover, it is preferable that the process of specifying the locus position of the said gene includes the process of performing the QTL analysis about the gene involved in the spikelet non-dropping property of barley.
[0033]
In addition, the method for selecting plant individuals according to the present invention is characterized by selecting plantlets that are not deciduous into spikelets using the genetic marker, genetic marker group, or linkage map described above.
[0034]
According to the above configuration, it is possible to easily and efficiently select a plant individual that does not fall off spikelets using the genetic marker, genetic marker group, or linkage map as an index.
[0035]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
In the process of evolution from wild to cultivated barley, barley has acquired the property that it does not drop seeds until it is maturated by humans and does not drop seeds. It is known that the genes btr1 and btr2 (non-brittle rachis 1 (btr1) and 2 (btr2)) involved in barley spikelet loss are located on the barley 3HS chromosome. However, spikelet detachment is a quantitative trait and simple isolation and identification of btr1 and btr2 is difficult, and it is considered that analysis through QTL analysis is the most efficient. However, the positions of btr1 and btr2 cannot be accurately specified only with DNA markers near btr1 and btr2, which have been known so far.
[0036]
Accordingly, the present invention provides a novel genetic marker and a method for using the same in order to more accurately identify the positions of btr1 and btr2 in the 3HS chromosome. The final objective is to isolate and identify btr1 and btr2, which are spikelet non-dropping genes, using these inventions. Hereinafter, an embodiment of the genetic marker of the present invention and a method for using the same will be described in order based on FIGS. Note that the present invention is not limited to this. Further, in the present invention, the spikelet non-dropping genes btr1 and btr2 are sometimes referred to as genes involved in spikelet non-dropping property, spikelet non-dropping genes, or simply btr1 and btr2.
[0037]
(1) Genetic marker according to the present invention
As described above, the genetic marker according to the present invention is a genetic marker obtained by subjecting barley genomic DNA to AFLP treatment, and is the same position on the chromosome of the barley spikelet-free genes btr1 and btr2. , And btr1 and btr2 from the position on the chromosome 0.5cM, 1.0cM and 2.0cM respectively on the telomere side, and btr1 and btr2 from the position on the chromosome 2.7cM, 3.2cM, 3 respectively Any genetic marker may be used as long as it is seated at any position selected from positions on the centromere side of .7 cM, 4.2 cM, and 4.7 cM.
[0038]
“AFLP treatment” as used in the present invention refers to an adhesive which is prepared by treating a DNA sample prepared from a test plant (barley) with two types of restriction enzymes and then cleaving with the restriction enzymes, as shown in the examples described later. A predetermined AFLP adapter that selectively binds to the ends is connected, PCR is performed using a primer complementary to the adapter, a primary amplification product of the restriction enzyme fragment is obtained, and this primary amplification product is obtained. PCR is carried out selectively using a primer that is complementary to the above-mentioned AFLP adapter as a template and a selected nucleotide obtained by extending several bases (three bases in this example) in a restriction enzyme fragment. Any known AFLP treatment (method) for obtaining a genetic marker may be used.
[0039]
For example, EcoRI and MseI can be used as the two types of restriction enzymes, but are not particularly limited. The “primer obtained by adding a selection nucleotide extended several bases into a restriction enzyme fragment” may be any primer that can selectively amplify a genetic marker by PCR using the primary amplification product as a template. The phrase “extended several bases” includes, for example, a primer extended by 3 bases, but is not particularly limited, and may be extended to about 1 base to about 10 bases. Further, other AFLP processing conditions such as PCR can be appropriately set based on conventionally known AFLP processing, and are not particularly limited.
[0040]
Examples of the genetic marker include 84 genetic markers positioned on the linkage map shown in FIG. 2 (in FIG. 2, the upward direction is the telomere side and the downward direction is the centromere side). That is, as genetic markers that sit (position) on “the same positions on the chromosomes of the barley spikelet loss genes btr1 and btr2”, for example, e09m-25-08, e24m42-08, e26m58- There are 10 genetic markers, e30m07-09, e45m11-11, e50m21-01, e57m10-07, e58m61-09-1, e58m61-09-2, and e59m33-13. In addition, genetic markers that sit at the "position of 0.5 cM telomere from the position on the chromosome of the barley spikelet-free deciduous genes btr1, btr2" include e01m12-09, e23m23-07, e40m19-08, for example. 4 genetic markers of e62m32-08. Examples of genetic markers that sit at the “position on the chromosome side of the barley spikelet-free genes btr1 and btr2 on the 1.0 cM telomere side” include e05m15-09 and e51m34-13. Examples of genetic markers that sit on the "barley spikeless genes btr1 and btr2 positions on the 2.0 cM telomere side from the chromosome position" include e07m31-09, e22m24-13-1, and e22m24. 11 genetic markers included in the same frame in the figure as -13-2 etc. In addition, as a genetic marker that sits at the “position of 2.7 cM centromere from the position on the chromosome of btr1, btr2 of barley spikelets”, for example, e37-m44-13 can be mentioned. In addition, genetic markers that sit at the “position on the chromosome side of the barley spikelet non-dropping genes btr1, btr2 from the position of 3.2 cM centromere” include e23m12-13-1, e23m12-13- 2, 4 genetic markers, e23m44-13 and e48m02-08. In addition, as genetic markers seated at “positions on the chromosome side of the barley spikelet non-dropping genes btr1 and btr2 on the 3.7 cM centromere side”, for example, e04m55-09, e06m49-08, etc. Among them, 14 genetic markers included in the same frame can be listed. In addition, examples of genetic markers that sit at the “position of 4.2 cM centromere from the position on the chromosome of barley spikelet-free btr1 and btr2” include e34m11-10, e39m08-08, and the like. Among them, 6 genetic markers included in the same frame can be listed. In addition, genetic markers that sit at the “position of 4.7 cM centromere from the position on the chromosome of the barley spikelet-free deciduous genes btr1 and btr2” include e03m36-13-1 and e03m36-13-, for example. 32 genetic markers included in the same frame in the figure as 2 nd.
[0041]
Among these genetic markers, in particular, 10 genetic markers that sit at the same chromosome position as the spikelet non-dropping genes btr1 and btr2, and the chromosome position of the spikelet non-dropping genes btr1 and btr2 , A position on both sides of the btr1 / btr2 chromosome position “position of 0.5 cM telomere from the position of the barley spikelet non-dropping gene btr1, btr2 on the chromosome” The genetic marker that sits at the position of 2.7 cM centromere from the position of the barley spikelet-free genes btr1 and btr2 on the chromosome is for cloning the spikelet-free genes btr1 and btr2. Very useful to.
[0042]
Moreover, the genetic marker which concerns on this invention should just be a genetic marker which has a base sequence shown by the following (a) or (b) as mentioned above. (A) The base sequence shown in any one of SEQ ID NOs: 1 to 9. (B) A base sequence in which one or more bases are substituted, deleted, inserted and / or added in the base sequence shown in any one of SEQ ID NOs: 1 to 9, and the spikelet of the plant is not lost A nucleotide sequence linked to a gene or QTL involved in sex.
[0043]
As used herein, “QTL (Quantitative Trait Loci)” refers to a quantitative trait locus. “Linkage” refers to a phenomenon in which two or more genes or genetic traits located on the same chromosome are inherited in pairs.
[0044]
The plant is preferably a gramineous plant. The “Poaceae plant” here is not particularly limited as long as it is a plant of the genus Hordeum, the genus Wheat, or the rice. The genetic marker is preferably derived from barley, and may be derived from barley genomic DNA or cDNA. It goes without saying that the properties of barley genus are not particularly limited in terms of properties such as two- and six-rows, nakedness, skininess, parallelism and vorticity. Furthermore, the genetic marker is preferably a genetic marker in the 3HS chromosome of barley.
[0045]
The genetic marker is preferably an AFLP marker. As used herein, “AFLP marker” refers to a sample DNA that is cleaved with two types of restriction enzymes, an adapter is ligated to their sticky ends, specific to the adapter, and a few nucleotides in the restriction enzyme fragment. A genetic marker obtained by amplifying the restriction enzyme fragment using an extended primer.
[0046]
The “polynucleotide” referred to in the present invention includes RNA and DNA. RNA includes mRNA, and DNA includes, for example, cDNA and genomic DNA obtained by cloning, chemical synthesis techniques, or a combination thereof. The DNA may be double-stranded or single-stranded, and the single-stranded DNA may be a coding DNA serving as a sense strand or an anti-coding strand serving as an antisense strand. Furthermore, the “genetic marker” of the present invention includes other base sequences other than the base sequence of (a) or (b), for example, untranslated region (UTR) sequences and vector sequences (including expression vector sequences). It may contain a base sequence such as
[0047]
The genetic marker according to the present invention may be a polynucleotide itself having the base sequence represented by SEQ ID NOs: 1 to 9, or may be a polynucleotide comprising a part of the base sequence. The “part of the base sequence” used herein indicates a base sequence having a length that can be used as a genetic marker, and the length is not particularly limited.
[0048]
In the present invention, “one or more bases are substituted, deleted, inserted and / or added” can be replaced, deleted, inserted and / or added by a known artificial method. It means a mutation in which a certain number of bases are substituted, deleted, inserted, and / or added. Further, the mutation does not have to be an artificially introduced mutation. For example, a polynucleotide having a similar mutation may be isolated from a naturally occurring plant genome and used as a genetic marker according to the present invention.
[0049]
As the genetic marker, in the present embodiment, for example, (1) genomic DNA having the nucleotide sequence represented by SEQ ID NO: 1 (marker name: e05m15-09), (2) the nucleotide sequence represented by SEQ ID NO: 2 is used. Genomic DNA (marker name: e23m23-07), (3) genomic DNA having the base sequence shown in SEQ ID NO: 3 (marker name: e50m21-01), (4) genome having the base sequence shown in SEQ ID NO: 4 DNA (marker name: e09m25-08), (5) genomic DNA having the base sequence shown in SEQ ID NO: 5 (marker name: e45m11-11), (6) genomic DNA having the base sequence shown in SEQ ID NO: 6 ( Marker name: e30m07-09), (7) genomic DNA having the base sequence shown in SEQ ID NO: 7 (marker name: e40m19-08), (8) genomic DNA having the base sequence shown in SEQ ID NO: 8 (marker name) : E 39m23-11), (9) In addition to genomic DNA having the base sequence shown in SEQ ID NO: 9 (marker name: e04m55-09), mRNA having a base sequence corresponding to the base sequence of the genomic DNA is exemplified. .
[0050]
Hereinafter, the genetic markers (DNA markers) (1) to (9) will be described in detail. Note that the genetic markers (1) to (9) are all STS markers. Moreover, the sequence | arrangement shown by the underline part in FIGS. 3-11 shows the base sequence of a primer. This is very useful because it can be used as a primer for directly amplifying the DNA marker shown below (not AFLP treatment) using DNA extracted from a plant as a template.
[0051]
(1) DNA marker: e05m15-09
e05m15-09 is a DNA marker having a polynucleotide having the nucleotide sequence shown in SEQ ID NO: 1, which is located in the vicinity of the spikelet non-dropping genes btr1 and btr2, and linked to the spikelet non-dropping gene or QTL. It is a DNA marker.
[0052]
Specifically, as shown in FIG. 3, e05m15-09 is a DNA marker consisting of 166 base pairs and is an AFLP marker amplified in the barley variety “Azumamugi”, but in the barley variety “Kanto Nakate Gold” Is not amplified.
[0053]
(2) DNA marker: e23m23-07
e23m23-07 is a DNA marker having a polynucleotide having the nucleotide sequence shown in SEQ ID NO: 2, and is located in the vicinity of the spikelet non-dropping genes btr1 and btr2, and linked to the spikelet non-dropping gene or QTL. It is a DNA marker.
[0054]
Specifically, as shown in FIG. 4, e23m23-07 is a DNA marker consisting of 280 base pairs and is an AFLP marker amplified in the barley variety “Kanto Nakate Gold”, but in the barley variety “Azumamugi” Is not amplified.
[0055]
(3) DNA marker: e50m21-01
e50m21-01 is a DNA marker having a polynucleotide having the nucleotide sequence shown in SEQ ID NO: 3, which is located in the vicinity of the spikelet non-dropping genes btr1 and btr2, and linked to the spikelet non-dropping gene or QTL. It is a DNA marker.
[0056]
Specifically, as shown in FIG. 5, e50m21-01 is a DNA marker consisting of 1209 base pairs and an AFLP marker amplified in the barley variety “Kanto Nakate Gold”. Furthermore, the position of the base “A (adenine)” indicated by a double underline in the figure is a position having a single nucleotide polymorphism (also referred to as SNPs (Single Nucleotide Polymorphisms), snips), and the single nucleotide polymorphism is a restriction enzyme. Can be detected by Ava II.
[0057]
(4) DNA marker: e09m25-08
e09m25-08 is a DNA marker having a polynucleotide having the nucleotide sequence shown in SEQ ID NO: 4, which is located in the vicinity of the spikelet non-dropping genes btr1 and btr2, and linked to the spikelet non-dropping gene or QTL. It is a DNA marker.
[0058]
Specifically, as shown in FIG. 6, e09m25-08 is a DNA marker consisting of 207 base pairs, and is an AFLP marker amplified in the barley variety “Kanto Nakate Gold”, but in the barley variety “Azumamugi” Is not amplified.
[0059]
(5) DNA marker: e45m11-11
e45m11-11 is a DNA marker having a polynucleotide of the base sequence shown in SEQ ID NO: 5, located in the vicinity of the spikelet non-dropping genes btr1 and btr2, and linked to the spikelet non-dropping gene or QTL. It is a DNA marker.
[0060]
Specifically, as shown in FIG. 7, e45m11-11 is a DNA marker consisting of 105 base pairs and is an AFLP marker amplified in the barley variety “Kanto Nakate Gold”, but in the barley variety “Azumamugi” Is not amplified.
[0061]
(6) DNA marker: e30m07-09
e30m07-09 is a DNA marker having a polynucleotide having the nucleotide sequence shown in SEQ ID NO: 6, which is located in the vicinity of the spikelet non-dropping genes btr1 and btr2, and linked to the spikelet non-dropping gene or QTL. It is a DNA marker.
[0062]
Specifically, as shown in FIG. 8, e30m07-09 is a DNA marker consisting of 166 base pairs and an AFLP marker amplified in the barley variety “Azumamugi”, but in the barley variety “Kanto Nakate Gold” Is not amplified.
[0063]
(7) DNA marker: e40m19-08
e40m19-08 is a DNA marker having a polynucleotide having the nucleotide sequence shown in SEQ ID NO: 7, which is located in the vicinity of the spikelet non-dropping genes btr1 and btr2, and linked to the spikelet non-dropping gene or QTL. It is a DNA marker.
[0064]
Specifically, e40m19-08 is a DNA marker composed of 247 base pairs as shown in FIG. 9, and is an AFLP marker amplified in the barley variety “Kanto Nakate Gold”. Furthermore, the position of the base “A (adenine)” indicated by a double underline in the figure is a position having a single nucleotide polymorphism, and the single nucleotide polymorphism can be detected by the restriction enzyme DraI.
[0065]
(8) DNA marker: e39m23-11
e39m23-11 is a DNA marker having a polynucleotide of the base sequence shown in SEQ ID NO: 8, located in the vicinity of the spikelet non-dropping genes btr1 and btr2, and linked to the spikelet non-dropping gene or QTL. It is a DNA marker.
[0066]
Specifically, as shown in FIG. 10, e39m23-11 is a DNA marker consisting of 95 base pairs and is an AFLP marker amplified in the barley variety “Kanto Nakate Gold”, but in the barley variety “Azumamugi” Is not amplified.
[0067]
(9) DNA marker: e04m55-09
e04m55-09 is a DNA marker having a polynucleotide having the nucleotide sequence shown in SEQ ID NO: 9, which is located in the vicinity of the spikelet non-dropping genes btr1 and btr2, and linked to the spikelet non-dropping gene or QTL. It is a DNA marker.
[0068]
Specifically, e04m55-09 is a DNA marker consisting of 164 base pairs as shown in FIG. 11, and is an AFLP marker amplified in the barley variety “Kanto Nakate Gold”. Furthermore, the position of the base “C (cytosine)” indicated by the double underline in the figure is a position having a single nucleotide polymorphism, and the single nucleotide polymorphism can be detected by the restriction enzyme Msl I.
[0069]
The genetic markers of (1) to (9) above are fragments that are close to the positions of the spikelet non-dropping genes btr1 and btr2 on the chromosome among the 84 genetic markers shown in the examples and FIG. The nucleotide sequence is specified for the reason that it is not too short (about 100 bp) and the fragment size is not too small.
[0070]
As described above, the genetic markers (1) to (9) are considered to be closely linked to the spikelet non-dropping genes btr1 and btr2, and can be used as genetic markers for btr1 and btr2. Therefore, the genetic markers of (1) to (9) above can be used not only for marker selection in crop breeding but also for the preparation of linkage maps in the barley 3HS chromosome, and btr1 using the map information, It can also be used to isolate btr2.
[0071]
Moreover, a partial sequence of the genetic marker according to the present invention can be used as a probe or primer. As such a probe, for example, a so-called DNA chip (including a microarray) in which a partial sequence of the genetic marker of the present invention is fixed on a carrier such as a chip or silicon is used. Examples include cases used for inspection and diagnosis.
[0072]
Further, if the sequence of the probe is selected from the nucleotide sequence of the genetic marker according to the present invention and a genomic DNA (or cDNA) library of wheat, rice, or other plants is screened, the same as the genetic markers described above. It is highly possible to isolate a genetic marker encoding a homologous molecule or a similar molecule having the above functions.
[0073]
Therefore, by using the above genetic marker, it is possible to isolate and identify not only barley but also other plants such as wheat, rice and other genes involved in spikelet defoliation by QTL analysis. It is considered to be.
[0074]
The genetic marker production method according to the present invention is produced by subjecting DNA extracted from barley leaves to AFLP treatment, as will be described in detail in the above method and the examples described later.
[0075]
Specifically, a DNA sample prepared from a test plant is first treated with two types of restriction enzymes (in this example, EcoRI and MseI), and then a predetermined AFLP adapter is attached to the sticky ends cleaved by the restriction enzymes. Then, PCR is performed using a primer complementary to the adapter, and an amplification product of the restriction enzyme fragment is obtained. Using this amplified product as a template, PCR was performed using a primer obtained by adding a selected nucleotide obtained by extending several bases (three bases in this example) in the restriction enzyme fragment to the above-mentioned primer to obtain a genetic marker. Yes. The obtained amplification product can be analyzed by electrophoresis, and the band pattern can be compared with the parent cultivar to determine which parental trait it has.
[0076]
Of course, the method for producing the genetic marker according to the present invention is not limited to this, and it may be produced using other known methods. That is, in the present invention, any method may be adopted as long as it can produce the above-described genetic marker (SNP marker) or a group of genetic markers including the genetic marker.
[0077]
(2) Use of genetic marker according to the present invention (usefulness)
As a use of the genetic marker according to the present invention, it can be widely used as a marker for tracking the location of a target gene in experiments such as gene cloning, cell fusion, and mating. In particular, among the genetic markers according to the present invention, those containing single nucleotide polymorphisms (SNPs) in the nucleotide sequence have the advantage of being easy to detect.
[0078]
In addition, the organism to be a target using the genetic marker according to the present invention is not particularly limited, but since these genetic markers are derived from barley, particularly preferred targets include barley and wheat series to which the barley belongs, Menaceae can be mentioned. Of course, depending on the application, plants other than Gramineae plants and animals in some cases can be targeted.
[0079]
The genetic markers according to the present invention can be used alone for the various uses described above, but in particular, in order to use them for preparing a linkage map of barley chromosomes, it is preferable to use a plurality of them as a genetic marker group. The “linkage map” in the present invention is a linkage map in a broad sense including what is called a genetic map, a genetic map, or a chromosome map. Therefore, hereinafter, the linkage map may be referred to as a genetic map, a genetic map, or a chromosome map.
[0080]
The linkage map obtained by mapping the genetic marker group according to the present invention can be suitably used for the purpose of specifying the target gene from the chromosome. In the present invention, the spikelet non-dropping gene btr1 is particularly preferred. , Btr2 can be suitably used for specifying the seating position.
[0081]
As mentioned above, the spikelet non-dropping genes btr1 and btr2 may be able to control the drop-off timing of grain seeds, and are considered to be useful genes that are extremely useful in agriculture. It is. Thus, the spikelet non-dropping gene is useful both academically and industrially, and if the genetic marker or genetic marker group according to the present invention is used, at least the spikelet non-dropping gene is effectively obtained from barley. It becomes possible to isolate and identify.
[0082]
The genetic marker group according to the present invention only needs to include the above-described genetic markers composed of oligonucleotides, but may further include other genetic markers. The other genetic marker is not particularly limited as long as it can be used as a genetic marker on the chromosome, and specifically, for example, a restriction fragment length polymorphism (RFLP) marker. And conventionally known genetic markers such as microsatellite markers (SSR (Simple Sequenced Repeat) markers), AFLP markers, and STS (Sequence Tagged Site) markers.
[0083]
As will be described in the examples described later, in the present invention, genetic markers converted to STS are prepared from the barley genome by AFLP. Therefore, since the genetic marker according to the present invention includes a specific base sequence that exists only on the genome, it is more useful than the RFLP marker or the SSR marker. However, if the genetic marker according to the present invention and other RFLP markers, SSR markers, AFLP markers, and STS markers are used in combination as a genetic marker group, a more detailed linkage map can be created. Is further improved.
[0084]
For example, in the present invention, as shown in FIG. 2, a genetic map according to the present invention and other AFLP markers can be combined to create a barley linkage map. In this linkage map, genetic markers are located on the 3HS chromosome of barley as follows. In FIG. 2, the upper direction is the telomere side and the lower direction is the kinematic body side.
[0085]
That is, as shown in FIG. 2, 86 genetic markers are located in the barley 3H chromosome. Among them, the nine genetic markers according to the present invention shown in (1) to (9) above are all located in the vicinity of the spikelet non-dropping genes btr1 and btr2 (shaded in the figure). marker). Specifically, conventionally known genetic markers: e14m-27-04-01 and e15m19-07 (see non-patent document 5, marker shown in bold in FIG. 2) are shown in FIG. A distance of about 2.0 cM on the telomere side and 4.7 cM on the centromere side from the region containing the non-dropping genes btr1 and btr2, respectively. On the other hand, the genetic markers (3) to (6) were found to be contained in the same region as that containing btr1 and btr2. The genetic marker (1) is about 1.0 cM away from the region containing btr1 and btr2 to the telomere side, and the genetic markers (2) and (7) are telomere from the region containing btr1 and btr2. The genetic markers (8) and (9) are separated by about 3.7 to 4.7 cM from the region containing btr1 and btr2 to the centromere side. In addition, the full length of 3H chromosome shown in FIG. 2 is 9.9 cM.
[0086]
That is, all the genetic markers according to the present invention are located closer to the spikelet non-dropping genes btr1 and btr2 than the previously published genetic markers: e14m-27-04-01 and e15m19-07. I found out to ride. That is, since the genetic marker according to the present invention is more closely linked to the spikelet non-dropping genes btr1 and btr2, the usefulness of the present invention is also apparent from this point.
[0087]
As described above, the linkage map according to the present invention is not particularly limited as long as it is a linkage map in the barley chromosome prepared using the above genetic marker group.
[0088]
As described above, in the linkage map, the higher the density between the markers, the higher the accuracy of the position of the gene. As described above, the linkage map according to the present invention is a high-density linkage map. It may be possible to isolate and identify a non-drop-off gene.
[0089]
In addition, the conventionally well-known method can be utilized for the production method of the linkage map concerning this invention, It does not specifically limit. For example, the usual method using calculation software can be mentioned (LANDER, E., P. GREEN, J. ABRAHAMSON, A. BARLOW, M. DALY et al., 1987 Mapmaker: an interactive computer package for constructing primary genetic linkage Genomics 1: 174-181. or LINCOLN, S., M. DALY and E. LANDER, 1993 Constructing genetic linkage maps with Mapmaker / Exp 3.0.Whitehead Institute for Biomedical Research Technical Report. 3rd ed , Cambridge, MA, USA.
[0090]
In addition, the genetic marker group according to the present invention preferably includes a genetic marker located on the 3HS chromosome of barley for use in identifying a spikelet non-dropping gene. As described above, it has been reported that the spikelet non-dropping gene in barley sits on the 3HS chromosome. Therefore, in order to prepare a genetic map used for isolating and identifying the gene, it is highly preferable that it contains many genetic markers located on the 3HS chromosome.
[0091]
As described above, by using the genetic marker or genetic marker group according to the present invention, a genetic map for identifying a spikelet non-dropping gene can be created. For this reason, the present invention uses a genetic marker or genetic marker group, or the linkage map, to identify a spikelet-dropping gene comprising a step of identifying the locus position of a spikelet-dropping gene from a plant chromosome. Isolation methods (cloning methods) are included.
[0092]
The method of cloning the spikelet non-dropping gene is not particularly limited, and a known method can be used. For example, the spikelet non-dropping gene may be isolated and identified by using the genetic marker or genetic marker group according to the present invention as a primer or a probe.
[0093]
In addition, based on the above-mentioned genetic marker, or a linkage map in which the genetic marker group is located, the position of the spikelet non-dropping gene is identified and cloned in more detail, so-called map-based cloning is performed, It is also possible to isolate and identify spikelet non-dropping genes. One specific method for that purpose is a method using so-called QTL analysis.
[0094]
The QTL analysis method uses any one of the above genetic markers, genetic marker groups, or linkage maps (hereinafter sometimes referred to as genetic markers) and the genes btr1 and btr2 involved in barley spikelet loss Any other method, method, etc. can be used as long as it is a method for performing QTL analysis with respect to the above, and a conventionally known QTL analysis method can be used, and is not particularly limited.
[0095]
The principle of QTL analysis begins by classifying each individual of the hybrid population into a genotype group of markers and comparing their average values. If the marker and one of the QTLs involved in the analysis target trait are linked, a bias occurs between the average values of the genotype groups. If they are not chained, there is no bias between them. An analysis in which this is developed and associated between markers without markers is a QTL analysis by an interval mapping method. When this analysis is repeated using markers distributed throughout the chromosomes of the species to be analyzed, the chromosomal region involved in the analysis target trait is revealed.
[0096]
Among important items in the QTL analysis, it is important to select a large difference regarding the trait to be analyzed as a mating parent, that is, selection of genetically different varieties. Thereby, it can be expected that the main one in QTL involved in the trait is detected.
[0097]
That is, “QTL analysis” may be QTL mapping. Further, specific methods for isolating the mapped QTL include the following methods. First, two varieties of parent individuals are mated to produce a large number of lines as experimental materials. Next, the genome of this lineage group is analyzed using the target trait as an index, and genetic markers (DNA markers) considered to be present in the vicinity of the target gene are statistically analyzed and found. Using this genetic marker, a linkage map is prepared, and backcrossing is repeated with one parent using each genetic marker as an index to produce an individual in which only the periphery of the target gene is derived from the other parent. The individual obtained here is called a quasi-isogenic line, and using this quasi-isogenic line, the target QTL, that is, the gene is isolated by narrowing down the position of the target gene on the chromosome. .
[0098]
According to the QTL analysis method of the present invention, since the above genetic marker or the above linkage map is used, as a result of performing QTL analysis on the genes involved in barley spikelet loss, the results of btr1 and btr2 The accuracy and reliability of the position can be improved. Therefore, it is considered that the positions of genes btr1 and btr2 involved in barley spikelet detachment can be more accurately identified by the QTL analysis of the present invention, and the genes can be isolated and identified.
[0099]
Furthermore, for example, a plant (individual) having a spikelet non-dropping property can be selected using any of the above genetic markers, genetic marker groups, or linkage map as an index. The plant (individual) selection method is not particularly limited as long as the above genetic marker or the like is used as an index, and the other steps, conditions, materials, and the like are not particularly limited.
[0100]
As a specific method of the plant selection method, a conventionally known method in plant breeding can be used and is not particularly limited. Specifically, for example, there is a method in which genomic DNA of a plant produced by crossing or the like is extracted, and the plant is selected using as an index whether or not it has the genetic marker or genetic marker group according to the present invention. In addition, as a means for detecting the genetic marker or genetic marker group, for example, a method using a DNA chip on which a partial sequence of the genetic marker or the like is immobilized, or a partial sequence of the genetic marker or the like is used as a primer A conventionally known method such as a method of amplifying the genetic marker by PCR as described above can be used and is not particularly limited.
[0101]
In addition, for example, there is a possibility that a plant having spikelet detachability can be produced using any one of the above genetic markers as an index. The said plant production method should just use the said genetic marker as a parameter | index, Other processes, conditions, materials, etc. are not specifically limited.
[0102]
As a specific method of the plant production method according to the present invention, a conventionally known technique or genetic engineering technique in plant breeding can be used and is not particularly limited. Specifically, for example, a method of producing a plant individual having the genetic marker by mating a plant having the genetic marker as a parent individual, or a gene introduction using a DNA region containing the genetic marker using a vector, etc. A method for producing a plant having the above-described genetic marker by a genetic engineering technique is mentioned. Whether the produced plant individual has the genetic marker can be easily examined using the above-described DNA chip or PCR method.
[0103]
The “plant” referred to here is preferably a gramineous plant such as barley, wheat, and rice.
[0104]
As described above, according to the plant selection method, it is possible to select a plant having a spikelet non-dropping property with a very simple and high probability. Moreover, according to the said plant production method, the plant which has a spikelet non-dropping property can be produced very easily and with high probability.
[0105]
Embodiments will be described below in more detail with reference to the accompanying drawings. Of course, the present invention is not limited to the following examples, and it goes without saying that various aspects are possible in detail. Further, the present invention is not limited to the above-described embodiments, and various modifications can be made within the scope shown in the claims, and the present invention is also applied to the embodiments obtained by appropriately combining the disclosed technical means. It is included in the technical scope of the invention.
[0106]
【Example】
Genetic markers were prepared for the purpose of isolating and identifying the genes btr1 and btr2 of the barley spikelet-free genes btr1 and btr2 in detail. Specifically, it was performed as follows.
[0107]
[1] Experimental materials and experimental methods
[1-1] Plant used
In this example, the following barley varieties were used. Hordeum vulgare ssp. Vulgare cvs. Azumamugi, Kanto Nakate Gold (Barley Breeding Laboratory, National Institute of Crop Science, Tsukuba).
[0108]
Genomic DNA was extracted from the above barley cultivar and used to prepare the following AFLP markers.
[0109]
[1-2] Preparation of AFLP marker
The AFLP marker was basically produced according to the method of MANO et al. (MANO, Y., et al., “Construction of a genetic map of barley (Hordeum vulgare L.) cross' Azumamugi 'x' Kanto Nakate Gold 'using a simple and efficient amplified fragment-length polymorphism system. "Genome 44: 284-292). Specifically, an AFLP adapter that specifically binds to the restriction enzyme fragments after binding a DNA sample prepared from a plant of the barley variety with restriction enzymes EcoRI and MseI. Connected. As the AFLP adapter, an E-side AFLP adapter that binds to the sticky end by the restriction enzyme EcoRI and an M-side AFLP adapter that binds to the sticky end by the restriction enzyme MseI were used. These AFLP adapters are double-stranded DNAs. Specifically, E-adapter1 having the base sequence shown in SEQ ID NO: 10 and E-adapter having the base sequence shown in SEQ ID NO: 11 are used as the E-side AFLP adapter. adapter2 was used as a mixture, and M-adapter1 having the base sequence shown in SEQ ID NO: 12 and M-adapter2 having the base sequence shown in SEQ ID NO: 13 were used as an M-side AFLP adapter.
[0110]
Next, PCR is performed using a primer complementary to the AFLP adapter to obtain a primary amplification product. Specifically, E-000 having the nucleotide sequence shown in SEQ ID NO: 14 is used as a primer complementary to the E-side AFLP adapter, and SEQ ID NO: 15 is used as a primer complementary to the M-side AFLP adapter. M-000 having the base sequence shown was used.
[0111]
Subsequently, PCR was performed using the primary amplification product as a template and a primer complementary to the AFLP adapter, which was a primer obtained by adding three selected nucleotides to E-000 or M-000. As the primer obtained by adding three selected nucleotides to E-000, 64 types of primers e01 to e64 having a base sequence represented by any of SEQ ID NOs: 16 to 79 were used, and the M-000 was used. 64 primers m01 to m64 having a base sequence represented by any of SEQ ID NOs: 80 to 143 were used as primers in which 3 selected nucleotides were added. As a result of the PCR, the obtained amplification product was used as an AFLP marker, and the nucleotide sequence was determined. In addition, detailed conditions, such as PCR, followed the said literature.
[0112]
[1-3] QTL analysis
QTL analysis of Composite interval mapping (CIM) is based on the computer program QTL Cartographer Version 1.14 (Basten et al., “A reference manual and tutorial for QTL mapping.”, Department of Statictics, North Carolina State University, Raleigh, NC, USA) The brittleness (%) of the data was arcsin√p transformed.
[0113]
100 markers were used for the base map. CIM was performed with model 6 (5 background markers and 10 cM window size) prepared by default. Background marker inclusions can be accurately analyzed to enable efficient QTLs mapping. A region including a virtual position associated with a trait is used as a threshold value of 3.0 for a log-likelihood (LOD) score.
[0114]
[1-4] AFLP marker mapping
The method for preparing a linkage map in which the AFLP marker obtained in [1-2] above was prepared was basically according to the method of MANO et al. (MANO, Y., et al., “Construction of a genetic map of barley (Hordeum vulgare L.) cross 'Azumamugi' x 'Kanto Nakate Gold' using a simple and efficient amplified fragment-length polymorphism system. ", Genome 44: 284-292). Specifically, it was performed by the usual method using calculation software (LANDER, E., P. GREEN, J. ABRAHAMSON, A. BARLOW, M. DALY et al., 1987 Mapmaker: an interactive computer package for constructing primary genetic linkage maps of experimental and natural populations.Genomics 1: 174-181., or LINCOLN, S., M. DALY and E. LANDER, 1993 Constructing genetic linkage maps with Mapmaker / Exp 3.0.Whitehead Institute for Biomedical Research Technical Report 3rd ed, Cambridge, MA, USA.).
[0115]
[2] Results
First, QTL analysis was performed by the method described in [1-3] above in order to identify the positions of the genes btr1 and btr2 involved in the absence of spikelets in barley. As a result, as shown in FIG. 1, a large peak was detected between the conventionally known AFLP markers: e14m27-4-1 and e15m19-7 in the 3H chromosome of barley. From this, it was considered that the spikelet non-dropping genes btr1 and btr2 sit between AFLP markers: e14m27-4-1 and e15m19-7.
[0116]
Then, in order to construct a genetic marker that sits between AFLP markers: e14m27-4-1 and e15m19-7 and is located closer to the spikelet non-dropping genes btr1 and btr2, [1-2 In this way, 84 AFLP markers were obtained. Next, a linkage map in which these 84 AFLP markers were positioned was prepared according to the method [1-4]. FIG. 2 shows this linkage map. In the figure, markers shown in bold are AFLP markers conventionally known: e14m27-4-1 and e15m19-7. Others are AFLP markers created this time. In FIG. 2, the upper direction is the telomere side and the lower direction is the kinematic body side.
[0117]
As shown in the figure, it was found that all the 84 AFLP markers sit on the chromosome positions of the spikelet-free deciduous genes btr1 and btr2.
[0118]
Then, among the 84 AFLP markers, the base sequences of nine AFLP markers were determined according to the criteria such as closer to the spikelet non-dropping genes btr1 and btr2 and the fragment not too short (about 100 bp). These nine markers are shaded markers in the linkage map of FIG.
[0119]
The base sequences of these nine AFLP markers are shown in SEQ ID NOs: 1 to 9, respectively. Specifically, (1) SEQ ID NO: 1 is the base sequence of e05m15-09, (2) SEQ ID NO: 2 is the base sequence of e23m23-07, (3) SEQ ID NO: 3 is the base sequence of e50m21-01, (4) SEQ ID NO: 4 is the base sequence of e09m25-08, (5) SEQ ID NO: 5 is the base sequence of e45m11-11, (6) SEQ ID NO: 6 is the base sequence of e30m07-09, and (7) SEQ ID NO: 7 shows the base sequence of e40m19-08, (8) SEQ ID NO: 8 shows the base sequence of e39m23-11, and (9) SEQ ID NO: 9 shows the base sequence of e04m55-09.
[0120]
(1) As shown in FIG. 3, e05m15-09 is a DNA marker consisting of 166 base pairs and is an AFLP marker amplified in the barley variety “Azumamugi”, but in the barley variety “Kanto Nakate Gold” Not amplified.
[0121]
(2) As shown in FIG. 4, e23m23-07 is a DNA marker consisting of 280 base pairs and is an AFLP marker amplified in the barley variety “Kanto Nakate Gold”. In the barley variety “Azumamugi”, Not amplified.
[0122]
(3) As shown in FIG. 5, e50m21-01 is a DNA marker consisting of 1209 base pairs and is an AFLP marker amplified in the barley variety “Kanto Nakate Gold”. Furthermore, the position of the base “A (adenine)” indicated by a double underline in the figure is a position having a single nucleotide polymorphism (also referred to as SNPs (Single Nucleotide Polymorphisms), snips), and the single nucleotide polymorphism is a restriction enzyme. Can be detected by Ava II.
[0123]
(4) As shown in FIG. 6, e09m25-08 is a DNA marker consisting of 207 base pairs and is an AFLP marker amplified in the barley variety “Kanto Nakate Gold”. In the barley variety “Azumamugi”, Not amplified.
[0124]
(5) As shown in FIG. 7, e45m11-11 is a DNA marker consisting of 105 base pairs, and is an AFLP marker amplified in the barley variety “Kanto Nakate Gold”. In the barley variety “Azumamugi”, Not amplified.
[0125]
(6) As shown in FIG. 8, e30m07-09 is a DNA marker consisting of 166 base pairs and is an AFLP marker amplified in the barley variety “Azumamugi”, but in the barley variety “Kanto Nakate Gold” Not amplified.
[0126]
(7) e40m19-08 is a DNA marker consisting of 247 base pairs, as shown in FIG. 9, and is an AFLP marker amplified in the barley variety “Kanto Nakate Gold”. Furthermore, the position of the base “A (adenine)” indicated by a double underline in the figure is a position having a single nucleotide polymorphism, and the single nucleotide polymorphism can be detected by the restriction enzyme DraI.
[0127]
(8) As shown in FIG. 10, e39m23-11 is a DNA marker consisting of 95 base pairs and is an AFLP marker amplified in the barley variety “Kanto Nakate Gold”. In the barley variety “Azumamugi”, Not amplified.
[0128]
{Circle around (9)} e04m55-09 is a DNA marker consisting of 164 base pairs as shown in FIG. 11, and is an AFLP marker amplified in the barley variety “Kanto Nakate Gold”. Furthermore, the position of the base “C (cytosine)” indicated by the double underline in the figure is a position having a single nucleotide polymorphism, and the single nucleotide polymorphism can be detected by the restriction enzyme Msl I.
[0129]
These nine AFLP markers are closely linked to the spikelet non-dropping genes btr1 and btr2 because they are located in the vicinity of the spikelet dropping-off genes btr1 and btr2, as shown in the linkage map of FIG. it is conceivable that.
[0130]
In addition, since the linkage map shown in FIG. 2 is a linkage map in which high-density AFLP markers are located, the locus positions of the spikelet non-dropping genes btr1 and btr2 can be accurately identified. The non-dropout genes btr1 and btr2 can be isolated and identified.
[0131]
【The invention's effect】
As described above, according to the genetic marker of the present invention, not only can a highly reliable linkage map be prepared, but also a more accurate QTL analysis can be performed for the genes btr1 and btr2 involved in spikelet loss. There is an effect that it can be performed. Therefore, there is an effect that it becomes a very useful means for isolating and identifying the genes btr1 and btr2 involved in spikelet detachment.
[0132]
[Sequence Listing]
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[Brief description of the drawings]
BRIEF DESCRIPTION OF DRAWINGS FIG. 1 is a diagram showing the results of a QTL analysis of barley spikelet detachment.
FIG. 2 is a diagram showing a linkage map in the barley 3HS chromosome in which genetic markers in one embodiment are positioned.
FIG. 3 is a diagram showing the base sequence of genetic marker {circle around (1)}: e05m15-09 in one embodiment of the present invention.
FIG. 4 is a diagram showing the base sequence of another genetic marker {circle around (2)}: e23m23-07 in one embodiment of the present invention.
FIG. 5 is a diagram showing the base sequence of another genetic marker {circle around (3)}: e50m21-01 in one embodiment of the present invention.
FIG. 6 is a diagram showing the base sequence of another genetic marker (4): e09m25-08 in one embodiment of the present invention.
FIG. 7 is a drawing showing the base sequence of another genetic marker {circle around (5)}: e45m11-11 in one embodiment of the present invention.
FIG. 8 is a view showing the base sequence of another genetic marker {circle around (6)}: e30m07-09 in one embodiment of the present invention.
FIG. 9 is a diagram showing the base sequence of another genetic marker (7): e40m19-08 in one embodiment of the present invention.
FIG. 10 is a drawing showing the base sequence of another genetic marker {circle around (8)}: e39m23-11 in one embodiment of the present invention.
FIG. 11 is a drawing showing the base sequence of another genetic marker {circle around (9)}: e04m55-09 in one embodiment of the present invention.

Claims (12)

配列番号1〜9のいずれかに示される塩基配列を有するポリヌクレオチドを含むことを特徴とする遺伝マーカー。A genetic marker comprising a polynucleotide having a base sequence represented by any one of SEQ ID NOs: 1 to 9 . 上記塩基配列は、植物の小穂非脱落性に関与する遺伝子またはQTLと連鎖しており、  The base sequence is linked to a gene or QTL involved in plant spikelet non-dropping property,
上記植物とは、イネ科植物であることを特徴とする請求項1に記載の遺伝マーカー。  The genetic marker according to claim 1, wherein the plant is a gramineous plant.
上記遺伝マーカーは、オオムギ由来であることを特徴とする請求項1または2に記載の遺伝マーカー。  The genetic marker according to claim 1 or 2, wherein the genetic marker is derived from barley. 上記遺伝マーカーは、オオムギ3HS染色体における遺伝マーカーであることを特徴とする請求項1〜3のいずれか1項に記載の遺伝マーカー。  The genetic marker according to any one of claims 1 to 3, wherein the genetic marker is a genetic marker in barley 3HS chromosome. 上記遺伝マーカーは、AFLPマーカーであることを特徴とする請求項1〜4のいずれか1項に記載の遺伝マーカー。  The genetic marker according to any one of claims 1 to 4, wherein the genetic marker is an AFLP marker. 請求項1〜5のいずれか1項に記載の遺伝マーカーを少なくとも含み、オオムギ染色体の連鎖地図の作成に用いられることを特徴とする遺伝マーカー群。  A genetic marker group comprising at least the genetic marker according to any one of claims 1 to 5 and used for preparing a linkage map of a barley chromosome. さらに、制限酵素断片長多型マーカー、AFLPマーカー、STSマーカーおよびマイクロサテライトマーカーから選択される少なくとも1つのマーカーを含むことを特徴とする請求項6に記載の遺伝マーカー群。  The genetic marker group according to claim 6, further comprising at least one marker selected from a restriction enzyme fragment length polymorphism marker, an AFLP marker, an STS marker, and a microsatellite marker. 請求項6または7に記載の遺伝マーカー群を用いて作成されることを特徴とするオオムギ染色体の連鎖地図。  A linkage map of barley chromosomes produced using the genetic marker group according to claim 6 or 7. 少なくとも、請求項1〜8のいずれか1項に記載の遺伝マーカー、遺伝マーカー群、または連鎖地図を用いて、植物染色体から小穂非脱落性に関与する遺伝子の座乗位置を特定する工程を含むことを特徴とする小穂非脱落性遺伝子の単離方法。  Using at least the genetic marker, genetic marker group, or linkage map according to any one of claims 1 to 8 to identify the locus position of a gene involved in spikelet detachment from a plant chromosome; A method for isolating a spikelet non-dropping gene, comprising: 上記遺伝マーカーをプライマーまたはプローブとして用いることを特徴とする請求項9に記載の小穂非脱落性遺伝子の単離方法。  The method for isolating a spikelet non-dropping gene according to claim 9, wherein the genetic marker is used as a primer or a probe. 上記遺伝子の座乗位置を特定する工程は、オオムギの小穂非脱落性に関与する遺伝子についてのQTL解析を行う工程を含むことを特徴とする請求項9または10に記載の小穂非脱落性遺伝子の単離方法。  11. The spikelet detachment property according to claim 9 or 10, wherein the step of specifying the locus position of the gene comprises a step of performing QTL analysis on a gene involved in barley spikelet detachment property. Methods for gene isolation. 請求項1〜8のいずれか1項に記載の遺伝マーカー、遺伝マーカー群、または連鎖地図を用いて、小穂非脱落性の植物個体を選別する方法。  A method for selecting a spikelet non-dropping plant individual using the genetic marker, genetic marker group, or linkage map according to any one of claims 1 to 8.
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