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Onodera Yasuyuki

Research Faculty of Agriculture　Fundamental AgriScience Research　Applied BioscienceAssociate Professor

Researcher basic information

■ Degree
  • 博士（農学）, 北海道大学
■ URL
researchmap URL■ Various IDs
Researcher number
  • 80374619
J-Global ID■ Research Keywords and Fields
Research Keyword
  • ホウレンソウ
  • 雌雄性
  • 植物育種
  • 性染色体
  • 性決定機構
  • 性決定遺伝子
  • 植物育種・遺伝
  • in situハイブリダイゼーション
  • 遺伝解析
  • ポジショナルクローニング
  • BACコンティグ
  • 雄性不稔
  • 植物
Research Field
  • Environmental Science/Agriculture Science, Science in plant genetics and breeding
■ Educational Organization

Research activity information

■ Papers
■ Other Activities and Achievements
■ Syllabus
  • 農業生物学特論, 2024年, 修士課程, 農学院
  • 農業生物学特論演習, 2024年, 修士課程, 農学院
  • 生殖生物学, 2024年, 学士課程, 農学部
  • 応用生命科学実験, 2024年, 学士課程, 農学部
  • 応用生命科学概論, 2024年, 学士課程, 農学部
■ Research Themes
  • New developlents of breeding and evolutionary studies taken advantage of using information of porotein three-dimensional structures by Alphafold2
    Grants-in-Aid for Scientific Research
    30 Jun. 2023 - 31 Mar. 2026
    平川 英樹; 小野寺 康之
    現在、多型解析に基づく育種形質、栽培化形質および適応形質などの原因遺伝子の同定に向けた研究が行われているが、その特定までに至るには困難なことが多い。その理由の一つとして、発現されたタンパク質が最終的に形質に影響を与えるにも関わらず。アミノ酸残基の変異がタンパク質の機能や活性に与える影響に関する視点からの評価軸が欠けていることが挙げられる。ゲノム網羅的な多型解析で検出される膨大な数のSNPの中から有力な原因遺伝子の候補を絞り込む上で、この新たな視点を加える意義は大きい。非同義置換が生じたアミノ酸残基の立体構造上の位置を特定し、立体構造から予測された機能部位に含まれるものをタンパク質の機能・活性に直接的に影響を与える「高次機能的SNP」として定義する。今年度の実績としては、ホウレンソウについて各国の品種におけるゲノムワイドなSNPを調べ、トマトについては、栽培種と野生種におけるSNPを調べ、さらに、dwarf遺伝子における機能的SNPをMicro-Tomにおいて検出した。アブラナ属作物については、染色体レベルで解読された植物種をNCBIのGenomesデータベースにおいて調べ、それらの中から作物を選出し、今後、高次機能的SNPに関する解析を行う。検出された「高次機能的SNP」について、種間・種内変異や形質変異、栽培地域との関連性の検証を通じて、栽培化や育種および適応進化に寄与した遺伝子を迅速に同定し、効率的な育種に役立つ研究基盤を構築する。
    Japan Society for the Promotion of Science, Grant-in-Aid for Challenging Research (Exploratory), Kazusa DNA Research Institute, 23K18039
  • Development of functional SNPs of crops and its application for identification of useful genes
    Grants-in-Aid for Scientific Research
    01 Apr. 2022 - 31 Mar. 2026
    平川 英樹; 小野寺 康之; 増田 税
    遺伝子機能に直接的に影響を及ぼしうる「機能的SNP」を多様な作物について明らかにし、次世代シークエンサーから得られる膨大な量のSNPの中から形質に関連性があると考えられるものを絞り込むことで、原因遺伝子の同定を目指す。さらに、優良形質などの選抜の高精度化を行い、育種の効率化を図るため、本研究では「機能的SNP」に関する情報基盤の整備を行なう。総務省統計局で公表されている作付面積と収穫量が多い31植物種を含むNCBIから入手した201植物種のゲノムデータのうち、遺伝子が公開されている119種について実施したUniProtKB、Araport、EggNOGに対する配列相同性解析の結果およびRGAuguryを用いたストレス耐性遺伝子候補の検索結果を集約したアノテーション表をGene Curation DS（https://fgi.kazusa.or.jp/gcds/）から公開した。「機能的SNP」の開発に関しては、トマトとホウレンソウを対象として実施し、世界各国でシークエンスされた様々な品種（系統）についてのリシークエンスデータを用いてSNPを検出した。ホウレンソウについては、ホウレンソウの高精度なゲノム配列を解読し、ペプチドの予測を行っている。また、「機能的SNP」を整備するため、遺伝子予測を進めている。一方、キュウリモザイクウイルス黄斑系（CMV-Y）に対する抵抗性系統と感受性系統に対する接種試験を行ない、「機能的SNP」の有用性を調べる。そのために、CMV-Y抵抗性形質が分離する系統03-009の抵抗性株および感受性株を用いてQTL-seq解析を行い、抵抗性遺伝子座をマップした。さらに、同座に関する精密マッピングを行い、「機能的SNP」情報を活用して、抵抗性候補遺伝子を絞り込んだ。
    Japan Society for the Promotion of Science, Grant-in-Aid for Scientific Research (B), Kazusa DNA Research Institute, 23K23586
  • Development of functional SNPs of crops and its application for identification of useful genes
    Grants-in-Aid for Scientific Research
    01 Apr. 2022 - 31 Mar. 2026
    平川 英樹; 小野寺 康之; 増田 税
    Japan Society for the Promotion of Science, Grant-in-Aid for Scientific Research (B), Kazusa DNA Research Institute, 22H02321
  • Identification of genes responsible for agronomic traits under reproductive stage in spinach, by using a high quality genome sequence.
    Grants-in-Aid for Scientific Research
    01 Apr. 2021 - 31 Mar. 2024
    小野寺 康之
    1．ホウレンソウの生殖関連形質制御遺伝子を効率的に同定するための環境整備として、これまでに構築したホウレンソウゲノム配列品質の高度化を試みた．Hi-Cリードを用いて、ドラフトゲノムアセンブリのスキャフォールディングを行い、さらにはSNP連鎖地図情報（Hirakawa et al. 2021）を用いて6本のPseudomoleculesから構成されるリファレンスゲノム配列（全長 875.6 Mb, BUSCO complete 95.8%）を構築した．このリファレンスゲノム配列を用いて、以前実施した系統間交雑後代（F2世代）の形質（雌性率）およびSNP情報を用いてQTL解析行なった結果，これまでに第2および第3連鎖群から同定されたQTL qFem2.1およびqFem3.1に加えて、第6連鎖群からQTL qFem6.1が同定された．また，QTL間の交互作用に基づいて，qFem3.1領域に間性決定を担う主働遺伝子（M）が座乗し，qFem2.1およびqFem6.1領域にはMに対する変更因子が座乗することが示唆された．
    ２．低雌花率間性系統03-336および雌雄異株系統03-009間のF2世代から，マーカーを用いて間性主働遺伝子（M）優性アレルのホモ接合体（MM株）を72個体選抜し，これらの雌花率を調査した．その結果，qFem2.1領域にMに対する変更因子が座乗することを支持する．さらに，F3世代を用いた解析からも，同様の結論を支持する結果が得られた．
    ３．先行研究（Hirakawa et al. 2021）において同定した抽苔性制御QTL qBt3.1およびqBt3.2領域に座乗するFTホモログの発現を調査した．その結果，QTL qBt3.1に座乗するコピーの発現が日周変動を示すことが判明し，先行研究（Abe et al. 2014）とは異なる結果が得られた．
    Japan Society for the Promotion of Science, Grant-in-Aid for Scientific Research (C), Hokkaido University, 21K05525
  • Studies on the masculinization mechanism of spinach.
    Grants-in-Aid for Scientific Research
    01 Apr. 2018 - 31 Mar. 2021
    Onodera Yasuyuki
    Spinach is known as a dioecious species, but certain varieties, lines and populations produce monoecious plants bearing both pistillate and staminate flowers. In this study, the candidate (Y-orf) for male determining gene was identified based on RNA-seq analysis and found to be expressed in a rib zone and cambium layers of an early inflorescence apex in a male plant. The candidate gene, M-orf, for monoecism were shown to be expressed in anthers and ovules in early staminate and pistillate florets. To evaluate function of the candidate genes, transgenic Arabidopsis and tobacco plants containing Y-orf and M-orf were produced. Some of transgenic plants produced morphologically altered flowers, however, which did not clearly suggested female-suppressing function of the candidate genes.
    Japan Society for the Promotion of Science, Grant-in-Aid for Scientific Research (C), Hokkaido University, 18K05609
  • Studies on genomic structure and evolution of spinach sex-determining loci
    Grants-in-Aid for Scientific Research
    01 Apr. 2014 - 31 Mar. 2017
    Onodera Yasuyuki
    Spinach is commonly known as a dioecious species. However, certain lines and crosses produce monoecious individuals. Dioecism and monoecism are of relevance in commercial hybrid seed production, and elucidation of the mechanisms underlying sex determination is valuable for spinach breeding programs. Sex expression in dioecious spinach plants is controlled by a single gene pair termed X and Y. Meiotic recombination was found suppressed in the vicinity of the male-determining locus (Y). A locus controlling the monoecious condition (M) is linked to X/Y locus at 12 cM.
    In this study, we identified 220 genes linked to X/Y locus, part of which were found to be located in the recombinationally suppressed region. The locus for monoecism was confined to a 25-kbp chromosomal segment.
    Japan Society for the Promotion of Science, Grant-in-Aid for Scientific Research (B), Hokkaido University, 26292001
  • Narrowing the genomic regions responsible for sex determination in spinach
    Grants-in-Aid for Scientific Research
    2011 - 2013
    ONODERA Yasuyuki
    Spinach is widely known to be dioecious. However, monoecious plants can also occur in this species. Sex expression in dioecious spinach plants is controlled by a single gene pair termed X and Y. Our previous study showed that a single, incompletely dominant gene, which controls the monoecious condition, is linked to X/Y.
    The four Y-linked AFLP markers developed in this study were converted into sequence-characterized amplified region (SCAR) markers. Linkage analysis using the four SCAR markers and three already-known Y-linked markers suggested that recombination is suppressed around the male-determining gene (Y). Analysis of spinach genomic BAC clones isolated with the Y-linked markers suggested that the male-specific (non-recombining) region is at least larger than 840 kbp. Further, most part of this chromosomal region was found to be accounted for by interspersed repeated elements, e.g. retroposons, while only a few protein-coding genes were identified in this region.
    Japan Society for the Promotion of Science, Grant-in-Aid for Scientific Research (C), Hokkaido University, 23580001
  • Studies for different reproductive strategies in Chenopodiaceae crops
    Grants-in-Aid for Scientific Research
    2009 - 2011
    MIKAMI Tetsuo; ONODERA Yasuyuki
    Sugar beet and spinach, members of Chenopodiaceae, have evolved different strategies to prevent self-fertilization and promote outcrossing. The former has developed cytoplasmic male sterility (CMS) and the latter has evolved dioecism. Molecular mechanisms of the CMS and the dioecism in the crops were analyzed to understand the diversity of reproductive strategies in plants.
    In sugar beet, Owen CMS-associated pre-SATP6 is a mitochondrial membrane protein that assembles into a homogeneous 200-KDa protein complex. Here we found that the product of a nuclear restorer gene (Rf1) for Owen CMS interacts with preSATP6, resulting in the significant reduction of the 200-KDa protein complex and restoration of pollen fertility. We also identified at least 16 distinct alleles in the Rf1 locus from sugar beet and its close relatives, using a variety of DNA markers. The molecular mechanisms of other sources of CMS and evolution of Rf1 locus are worthy of further investigation.
    Spinach (Spinacia oleracea) is a dioecious plant. Our study revealed that its wild relatives, S. turkestanica and S. tetrandra, are also dioecious plants with unisexual flowers morphologically quite similar to those of spinach. We identified male specific DNA sequences in spinach, which were also found to be male-specific for all accessions of S. turkestanica and some accessions of S. tetrandra examined. The accessions from the wild species were shown to possess chloroplast intergenic sequences (trnL-rpl32) identical to that of spinach (S. oleracea). However, most accessions of S. tetrandra lack the DNA sequences specific for male spinaches, whose trnL-rpl32 sequences are distinctive from that of spinach. The results suggested that the sex determining locus and sex chromosomes are differentiated among members of genus Spinacia.
    Japan Society for the Promotion of Science, Grant-in-Aid for Scientific Research (B), Hokkaido University, 21380001
  • Studies on genetic mechanisms controlling expression of the monoecious character in spinach
    Grants-in-Aid for Scientific Research
    2008 - 2010
    ONODERA Yasuyuki
    Spinach is generally considered as a dioecious species, while monoecious individuals with both sex functions can be found in certain varieties and lines. We showed that a single, incompletely dominant gene is responsible for the monoecious character. The gene was found to be located at a distance of 4.3cM from microsatellite marker SO4, which mapped 1.6cM from X/Y controlling sexual dimorphism in dioecious lines. This indicates that the monoecious gene is allelic to or closely linked to the X/Y gene pair.
    Japan Society for the Promotion of Science, Grant-in-Aid for Scientific Research (C), Hokkaido University, 20580001
  • Molecular analysis of interaction between male-sterility inducing gene and fertility restorer in sugar beet
    Grants-in-Aid for Scientific Research
    2006 - 2010
    KUBO Tomohiko; MIKAMI Tetsuo; ONODERA Yasuyuki
    Cytoplasmic male sterility (CMS) has been reported in more than 140 angiosperm species. Genes responsible for CMS (S gene) are encoded in mitochondrial genomes, while plants with S gene are male fertile when the plants have nuclear genes termed restorer of fertility (Rf). Molecular mechanism of the interaction between S and Rf genes was investigated in this study using sugar beet. Protein-protein interaction was detected between preSatp6, an S gene, and Rf1. This interaction was observed only in anthers in which Rf1 was expressed. This study identified nuclear genes that were suppressed in CMS anthers. It was inferred that deleterious mutation could be inherited through pollen. This possibility was investigated using Arabidopsis mutant with defect in the genes encoding RNA polymerase. This mutation was confirmed to be transmitted through pollen. Spinach is a monoecious species with male heterogamety system. However, dioecious or hermaphroditic spinach emerges when an M gene exists. This study revealed that male determining gene and the M gene located on the same linkage group but resided in different genetic loci.
    Japan Society for the Promotion of Science, Grant-in-Aid for Scientific Research on Priority Areas, Hokkaido University, 18075001
  • ホウレンソウ性決定遺伝子の同定
    科学研究費助成事業
    2006 - 2007
    小野寺 康之
    ホウレンソウには雄花のみを着生させる雄株および雌花のみを着生させる雌株に加え、雌花と雄花あるいは両性花が様々な比率で混成する多様な間性が見出される。
    これまでの研究で、我々は花器形態に基づいて5種類の間性自殖系統を雌雄異花同株および雌花両性花同株の二つのタイプに分類できることを明らかにした。さらに、雌花形成割合(雌性率)および各間性形質の遺伝様式に基づいて、これらの間性系統の性型を4型(I型〜IV型)に分類した。本研究では、これまで解析に用いてきた間性系統の中で最も雌性率が低く、雌雄異花同株タイプに属する系統(03-336)が示す1型間性の発現を支配する遺伝子の同定を試みた。
    03-009♀x03-336によって得られたF1個体を雄株(系統03-009:XY)と交配してBC1世代を作出し、2007年4月から6月にかけてこのBC1集団を北海道大学構内のビニールハウス内で育成した。当該F1集団および前述のBC1集団のおよそ半数からY遺伝子マーカーが検出されたことに加えて、それらの全ての個体が雌性率0%(雄株)を示したことからY遺伝子はI型間性の発現を支配する遺伝子に対して優性もしくは上位性を示すと結論づけた.さらに、このBC1世代(169個体)において,雄株:間性株:雌株=2:1:1の比に適合する分離が生じていることも判明した(x^2検定,ρ=0.372).雌雄決定遺伝子XおよびYに加えてI型間性遺伝子としてM遺伝子を想定することによって,雄株:間性株:雌株=2:1:1(XY;Mm:XY;mm:XX;Mm:XX;mm=1:1:1:1)の分離が当該BC1世代で生じることが説明できる.
    日本学術振興会, 若手研究(B), 北海道大学, 18780001
  • Molecular and genetical dissection ofthe mechanism underlying cytoplasmic male sterility in sugar beet
    Grants-in-Aid for Scientific Research
    2004 - 2007
    MIKAMI Tetsuo; KUBO Tomohiko; ONODERA Yasuyuki
    Dissecting the nature of male-sterility encoding mitochondrial gene(s) and the nuclear genes (named Rf) that suppress male sterility is quite instructive in understanding the mechanism of cytoplasmic male sterility (CMS) in sugar beet. Here we attempted to clone and characterize the Rf1 locus which controls fertility restoration in sugar beet CMS. The results are as follows.
    1. We were able to restrict the possible location of the Rf1 locus to a minimum of six BAC clones spanning an interval of about 260kb. The nucleotide sequencing of the 260-kb region revealed 28 ORFs.
    2. Among the 28 ORFs, we found four ORFs which are specifically expressed in flower buds and targeted to mitochondria.
    3. The four ORFs are adjacent to one another and all code for metalloprotease. We designated the ORFs MPLs. Interestingly, in a nonrestoring (rf1rf1) genotype we identified homologous ORFs that exhibit deletions and are not expressed in flower buds.
    4. In situ hybridization analysis demonstrated that expression of MPLs is confined to the tapetal cells of anthers at the microspore tetrad and young microspore stages. Taken together, our observations suggest strongly that MPLs
    5. In an attempt to correlate mitochondrial lesions with cellular metabolic processes in sterile anthers, we found an anther-specific lipid transfer protein gene (named LTP).The gene was revealed to be highly expressed in the tapetal cells of fertile anthers at the young microspore stage but not in sterile anthers throughout flower development. It is most likely that the expression of LTP is down-regulated in the tapetum in response to mitochondrial dysfunction and subsequent physiological changes caused by CMS cytoplasm.
    Japan Society for the Promotion of Science, Grant-in-Aid for Scientific Research (A), Hokkaido University, 16208001
  • 葯におけるミトコンドリア機能の阻害誘導-雄性不稔の機序解明に向けて
    科学研究費助成事業
    2004 - 2005
    三上 哲夫; 久保 友彦; 小野寺 康之
    今年度の研究成果は次のように要約される。
    [1]前年度までに、ミトコンドリア型ピルビン酸脱水酵素(PDH)を標的にしたアンチセンス法により、タペート細胞のミトコンドリア機能が損われた形質転換タバコを作成した。半数の形質転換タバコは花粉不稔を示した。これらの花粉不稔タバコを供試し、光学顕微鏡下で葯におけるタペート細胞の形態を調べた。
    [2]正常型のタバコ野生株では、小胞手前期にタペート細胞が消失し始める。これに対して花粉不稔タバコにおいては、タペート細胞が肥大し小胞子を押しつぶす事例がしばしば監察された。肥大したタペートでは多核化や液胞化が生じている。
    [3]DAPI染色によりタペート細胞を観察した。正常型のタバコ野性株では、四分子期にタペート細胞が目立って発達するのに対して、花粉不稔タバコではこのような発達が認められず、四分子の構成胞子の一部に細胞壁の陥没や変形がみられた。小胞子前期に至ると、正常株のタペート細胞では核が収縮しDAPI蛍光のシグナルも強くなる傾向が認められた。一方、花粉不稔タバコのタペートにおいては、多核化が確認されるとともに、核の収縮はみられず、また蛍光シグナルの強度も変化しない。
    [4]花粉不稔タバコの葯で発現の阻害又は亢進の生じている遺伝子を探索した。その結果、lipid transfer proteinをコードする遺伝子の転写が小胞子前期で阻害されていることが判明した。
    [5]アセトアルデヒド脱水素酵素(ALDH)はPDHのバイパス経路にかかわる酵素の1つである。ALDHのコード遺伝子については、花粉不稔タバコの葯において転写が小胞子前期で若干亢進している傾向が認められた。
    日本学術振興会, 萌芽研究, 北海道大学, 16658002