The global dissemination of the Israel (IL) and mild (Mld) strains of tomato yellow leaf curl virus (TYLCV) (Family Geminiviridae, genus Begomovirus) is a major threat to tomato production in many regions worldwide. The use of resistant hybrid cultivars bearing the dominant resistance genes Ty-1, Ty-3, and Ty-3a has become a common practice for controlling tomato yellow leaf curl disease (TYLCD) caused by TYLCV. However, TYLCD symptoms have been sporadically observed in resistant cultivars grown in seasons when temperatures are high. In this study, we used TYLCV-resistant cultivars with confirmed presence of Ty-1, which were determined using newly developed allele-specific markers based on polymorphisms within the locus. These Ty-1-bearing resistant tomato plants and susceptible plants were infected with TYLCV and grown at moderate or high temperatures. Under high-temperature conditions, the Ty-1-bearing tomato cultivar Momotaro Hope (MH) infected with TYLCV-IL had severe TYLCD symptoms, which were almost equivalent to those of the susceptible cultivar. However, MH plants infected with TYLCV-Mld were symptomless or had slight symptoms under the same temperature condition. The quantitative analysis of the TYLCV-IL viral DNA content revealed a correlation between symptom development and viral DNA accumulation. Furthermore, under high-temperature conditions, TYLCV-IL caused severe symptoms in multiple commercial tomato cultivars with different genetic backgrounds. Our study provided the scientific evidence for the experientially known phenomenon by tomato growers, and it is anticipated that the global warming, associated with climate change, could potentially disrupt the management of TYLCV in tomato plants mediated by the Ty-1 gene.

Tomato yellow leaf curl virus (TYLCV), a monopartite begomovirus that originated in the eastern Mediterranean, has spread worldwide, becoming a serious threat to tomato (Solanum lycopersicum L.) production. Southeast Asia is considered one of the hotspots for begomovirus diversity, and a wide variety of local begomovirus species distinct from TYLCV have been identified. In this study, the protection effect of introgressions of single TYLCV Ty resistance genes, Ty-2 and Ty-3a, in tomato was examined against inoculations of the bipartite begomoviruses Tomato yellow leaf curl Kanchanaburi virus (TYLCKaV) and Pepper yellow leaf curl Indonesia virus (PepYLCIV) isolated from Indonesia. Our findings suggest that Ty-2 in the heterozygous state was found to be ineffective against PepYLCIV and TYLCKaV, whereas Ty-3a in the heterozygous state was effective against PepYLCIV and partially effective against TYLCKaV. Quantification of viral DNAs showed correlation between symptom expression and viral DNA accumulation. Moreover, mixed infections of TYLCKaV and PepYLCIV caused notably severe symptoms in tomato plants harboring Ty-3a. In cases of mixed infection, quantifying viral DNAs showed a relatively high accumulation of PepYLCIV, indicating that Ty-3a loses its effectiveness against PepYLCIV when TYLCKaV is also present. This study demonstrates the lack of effectiveness of Ty resistance genes against single and mixed infections of distinct local begomoviruses from Southeast Asia.

本年度は当初の予定通りに、ジェミニウイルス抵抗性を有する３系統のF2集団を用いてRadseq解析を行い、原因遺伝子のラフマッピングを行った。また、親系統については全ゲノムリシーケンスを行い、親の間で多型の認められるマーカーの作成が可能になると共に、機器美品として購入したRealtimePCRを用いてHRM解析の実験系も確立した。１系統についてはファインマッピングも完了し、連鎖解析により抵抗性遺伝子を同定した。また、抵抗性遺伝子の機能解析についてもVIGSで実施し、抵抗性に関与することを明らかにした。本研究内容は学術論文にとりまとめ、現在投稿・査読中である。残りの2系統については現在F3を用いたファインマッピング、RNAseqによる候補遺伝子の発現解析を進めている。

新型コロナ感染症拡大の影響を受け、現地調査を実施できなかったため、アジア・オセアニアにおけるトウガラシ属植物の文化資源に関する文献調査および現地調査結果の公表を重点的に行った。国内在来トウガラシ品種の類縁関係をWaxyおよびG3PDH遺伝子座の配列解析により行ったところ、北海道の札幌大長および青森県の清水森ナンバが他の日本在来トウガラシ品種とは異なる遺伝的背景を持つことを明らかにした。また、ミャンマー北西部ナガ族の在来トウガラシ品種の遺伝資源評価および他品種との類縁関係をWaxy遺伝子座で明らかにした。さらに、先行研究においてトウガラシの非辛味品種において発見したCaKR1の変異を有する品種を遺伝資源の中から探索し、同様のCakr1変異アリルを有する品種はいずれもボリビアやペルーを起源とすることを明らかにした。そして、葉緑体ゲノム配列を決定し、キダチトウガラシの系統間で塩基多型を比較した。加えて、トウガラシ属植物約750系統のRAD-Seq解析を実施した。少種子性を示すトウガラシ変異系統についての遺伝解析の結果も報告した。辛味については、鳥取県在来トウガラシ品種三宝甘長の辛味制御機構を明らかにした。また、今年度に得られたデータについては、国内外における学会発表や国際誌の論文として来年度公表する予定である。研究成果については、国際会議で1件および国内学会で13件発表し、査読付き論文を7件公表し、単著を1件発刊し、分担執筆を2件担当した。

本研究では非辛味品種No.3341と辛味品種Habaneroの交雑F2集団を用いて，非辛味性を制御する原因遺伝子を同定した．連鎖解析により約220kbの領域にある5つの遺伝子に候補を絞り込んだ．候補の一つであるputative ketoacyl-ACP reductase (CaKR1)においてNo.3341特異的に第1イントロンに約4.5kbのトランスポゾン配列の挿入が確認され，それにより酵素活性に必須の複数のドメインを欠失する異常な転写産物が生成されていることが明らかになった．さらに，VIGSによる機能解析とカプサイシノイド前駆体の定量から，CaKR1が原因遺伝子であることを明らかにした．

ボリビア原産のトウガラシNo.3341は果実に辛味成分カプサイシノイドをまったく蓄積せず，その原因は既知の情報では説明できない．本研究では辛味品種Habaneroと既知の遺伝子変異により辛味を呈さない非辛味品種としてNo.2，No.80，NMCA30036を供試した．これら品種の交雑後代を調査したところ，No.3341は単一の劣性遺伝子により辛味を呈さず，新規因子が関与していることを明らかにした．また，Comtの変異が原因である可能性についても棄却した．そこで，Rad-seq解析を行ったところ，No.3341の非辛味性に強く連鎖するマーカーを作成することに成功した．

本研究では、日本の本土および沖縄・南西諸島、中国の雲南省、広東省、台湾、ベトナム、フィリッピン、タイ、インドネシア、ミクロネシア等の在来カンキツ調査を行い、東シナ海および南シナ海地域をほぼカバーする地点での調査を行うことができた。その結果、これまで調査した日本、中国浙江省、江西省、広西チュワン族自治区、重慶等の在来カンキツおよび保存している世界のカンキツ種・品種と近縁属を含め、862個体のDNAを蒐集・保存し、細胞質DNAおよびゲノムDNA解析によりカンキツ種の分化が明らになった。

トウガラシ(Capsicum chinense) 'Sy-2'の縮葉発生の引き金は 24℃以下の温度であり、24℃以下遭遇によってサリチル酸が生産され、抵抗性遺伝子が過剰に誘発されることが縮葉の原因であるものと考えられた。 'Sy-2'は恒温性地域在来の品種であり、現地では微小な温度をセンシングして病害抵抗性を誘導している可能性が考えられた。しかし、 'Sy-2'をインドネシアのウイルス多発地域で栽培したところ、正常に生育したが、ウイルスには罹病した。次に、恒温性地域で種々のトウガラシ品種を収集した。カリブ海地域には'Sy-2'と同じ微小の温度差で成育不全となる品種が存在することが明らかになった。最後に、インドネシアの在来品種の現地でのウイルスからの回復現象について調査した。インドネシアの恒温性地域で栽培されているトウガラシにはウイルスの罹病後にウイルス病から回復する品種が存在し、恒温性地域で何らかの環境をセンシングしている可能性が考えられた。恒温性地域では植物は微小な温度差をセンシングしている可能性が考えられたが、今回は証明には至らず継続的な研究の必要性があるものと考えられた。

インド洋上の島国セーシェル諸島にて食用として栽培されているトウガラシ'Sy-2'(capsicum chinense)を日本で栽培すると,季節により全ての実生が揃って著しい生育障害を引き起こす。生育障害は葉の形態に顕著に現れ,春や秋にはウイルスに罹病したような縮葉になる.しかし,一転して夏には正常な葉が展開し,生育も良好に回復する.昨年度までの研究により,'Sy-2'に見られる反応が24℃を境として,それ以下で起こる温度反応であることを明らかにした.また,反応が劣性遺伝する単一の主働遺伝子により支配されることを確認していた.本年度はマイクロアレイおよび詳細な発現解析により,24℃以下では多数の病害抵抗関連遺伝子の発現が上昇していることを明らかにした.また,同時に定常時より高いサリチル酸が植物体内で蓄積していること,トウガラシ斑点細菌病に対する抵抗性が上昇していることを明らかにした.以上の内容を学術雑誌に投稿し、受理された論文が現在印刷中である。また,韓国ソウル大学との共同研究により,温度反応の原因遺伝子をトウガラシ染色体地図上にマッピングした.この内容を学術雑誌に投稿し、掲載された。現在は供試個体数を増やすことにより,原因遺伝子のファインマッピングを行っている.また,昨年度学術雑誌に受理された研究内容で未掲載のデータをまとめて,京大農場報告に投稿し,受理された.