Evolution of legume-rhizobia symbiosis at oceanic islands

• Project/Area Number: 15H05232
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
• Allocation Type: Single-year Grants
• Section: 海外学術
• Research Field: Biodiversity/Systematics
• Research Institution: University of the Ryukyus
• Principal Investigator: KAJITA Tadashi 琉球大学, 熱帯生物圏研究センター, 教授 (80301117)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 青木 誠志郎 東京大学, 大学院理学系研究科(理学部), 特任研究員 (10334301) ; 高山 浩司 京都大学, 理学研究科, 准教授 (60647478)
• Research Collaborator: BAMBA Masaru ; Milagros León-Barrios ; Marcelino del Arco-Aguilar
• Project Period (FY): 2015-04-01 – 2019-03-31
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2018)
• Budget Amount: ¥16,640,000 (Direct Cost: ¥12,800,000、Indirect Cost: ¥3,840,000); Fiscal Year 2018: ¥3,770,000 (Direct Cost: ¥2,900,000、Indirect Cost: ¥870,000); Fiscal Year 2017: ¥4,160,000 (Direct Cost: ¥3,200,000、Indirect Cost: ¥960,000); Fiscal Year 2016: ¥4,160,000 (Direct Cost: ¥3,200,000、Indirect Cost: ¥960,000); Fiscal Year 2015: ¥4,550,000 (Direct Cost: ¥3,500,000、Indirect Cost: ¥1,050,000)
• Keywords: 生物間相互作用 / 共生特異性 / 根粒菌 / マメ科植物 / 海洋島 / 遺伝的多様性 / 集団・種多様性 / 種分化 / 進化 / メタゲノム

Outline of Final Research Achievements

To clarify how the symbiotic relationship of plant - bacteria has been established in the speciation process at oceanic islands, we studied endemic Lotus species (Fabaceae) in the Canary Islands. We conducted field studies at six islands and collected nine endemic Lotus species as well as 19 soil samples from their habitat. We extracted DNA from soil samples at the laboratory of La Laguna University and analyzed the metagenomic DNA by using next-generation sequencer. The results of metagenome analysis using the soil DNA suggested that rhizobia in the soil (rhizobacterial flora) reflects the environment of the habitat of the host Lotus species. Each endemic species showed the tendency of utilizing symbiosis bacteria selected from the soil rhizobial at the habitat but still keeping a wide range of symbiont partners demonstrated by the three different rhizobia genera from one host plant.

Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements

海洋島は、大陸から隔絶された環境で適応放散を観察することができることから、様々な生物の進化の研究に用いられてきた。しかし、海洋島では、マメ科植物と根粒菌の共生関係においても、独自の進化をしたかもしれないという視点からの研究は無かった。本研究で得られた結果は、カナリー諸島でミヤコグサ属植物の固有種が分化した際には、生育環境ごとに選択的に根粒菌を用いるだけでなく、３属もの多様な根粒菌と共生してきたことが示された。この結果は、海洋島でマメ科植物の固有種が適応放散する際には、共生特異性が緩む可能性を示唆しており、海洋島におけるマメ科-根粒菌の共生系の進化研究に新たな展開をもたらすものと言える。

Research Products

• [Int'l Joint Research] La Laguna University(スペイン)
• [Int'l Joint Research] ララグナ大学(スペイン)
• [Int'l Joint Research] Universidad de La Laguna(スペイン)
• [Int'l Joint Research] UNAM(メキシコ)
• [Int'l Joint Research] Universidad de La Laguna(スペイン)
• [Int'l Joint Research] UNAM(メキシコ)
• [Journal Article] Wide distribution range of rhizobial symbionts associated with pantropical sea-dispersed legumes (2016)
  • Author(s): Masaru Bamba, Sayuri Nakata, Seishiro Aoki, Koji Takayama, Juan Nunez Farfan,Motomi Ito, Masaki Miya, Tadashi Kajita
  • Journal Title: Antonie van Leeuwenhoek Volume: 109 Issue: 12 Pages: 1605-1614
  • DOI: 10.1007/s10482-016-0761-y
  • Peer Reviewed / Int'l Joint Research / Acknowledgement Compliant
• [Presentation] ミヤコグサ野生系統の生育に対する根粒菌遺伝子型の影響 (2019)
  • Author(s): 番場大, 青木誠志郎, 梶田忠, 瀬戸口浩彰, 綿野泰行, 佐藤修正, 土松隆志
  • Organizer: 日本植物分類学会第 18 回大会
• [Presentation] Lotus species in Canary Islands and noduling bacterial communities in their habitats (2018)
  • Author(s): Masaru BAMBA, Milagros Leon-Barrios, Marcelino del Arco-Aguilar, Seishiro Aoki, Koji Takayama, Tadashi Kajita
  • Organizer: 7th International Legume Conference
  • Int'l Joint Research / Invited
• [Presentation] Wide diversity of the endemic Lotus and their symbiotic rhizobia in the Canary Islands: an overview (2018)
  • Author(s): Milagros Leon-Barrios, Marcelino del Arco-Aguilar
  • Organizer: 7th International Legume Conference
  • Int'l Joint Research / Invited
• [Presentation] From Beta- to Alpha-proteobacteria: The origin and evolution of rhizobial nodulation genes nodIJ (2018)
  • Author(s): Seishiro Aoki, Motomi Ito, Wataru Iwasaki
  • Organizer: 7th International Legume Conference
  • Int'l Joint Research / Invited
• [Presentation] 日本各地の野生ミヤコグサに共生する根粒菌の単離と系統解析 (2017)
  • Author(s): 番場大、青木誠志郎、梶田忠、瀬戸口浩彰、綿野泰行、佐藤修正、土松隆志
  • Organizer: 日本進化学会第19 回大会
• [Presentation] 日本各地における野生ミヤコグサ(Lotus japonicus)に共生している根粒菌の系統解析 (2017)
  • Author(s): 番場大、青木誠志郎、梶田忠、瀬戸口浩彰、綿野泰行、佐藤修正、土松隆志
  • Organizer: 日本植物学会第81 回大会
• [Presentation] 日本各地より採集された野生ミヤコグサに共生する根粒菌の系統解析 (2017)
  • Author(s): 番場大、青木誠志郎、梶田忠、瀬戸口浩彰、綿野泰行、佐藤修正、土松隆志
  • Organizer: 植物微生物研究会第27 回研究交流会
• [Presentation] カナリア諸島におけるLotus 属植物と共生者群集の関係 (2017)
  • Author(s): 番場大, Milagros Leon-Barrios, Marcelino Jose Del Arco Aguilar, 青木誠志郎, 高山浩司, 梶田忠
  • Organizer: 日本植物分類学会第17 回大会
• [Presentation] Spatial structure of rhizobial communities in sandy beach environments (2017)
  • Author(s): Masaru BAMBA, Seishiro AOKI, Koji TAKAYAMA, Motomi ITO, Masaki MIYA, Tadashi KAJITA
  • Organizer: International Botanical Congress 2017
• [Presentation] 西表島海浜土壌に含まれる根粒菌群集 (2017)
  • Author(s): 番場大・青木誠志郎・高山浩司・伊藤元己・宮正樹・梶田忠
  • Organizer: 日本植物分類学会第16回大会（京都）
  • Place of Presentation: 京都大学 吉田キャンパス 北部構内（京都府・京都市）
• [Presentation] 汎熱帯海流散布マメ 科植物に共生する根粒菌の広域分布について (2016)
  • Author(s): 番場 大, 中田さゆり, 青木誠士郎, 高山浩司, J. N. Farfan, 宮 正樹, 伊藤元己, 梶田 忠
  • Organizer: 日本植物分類学会第15回大会
  • Place of Presentation: 富山大学（富山県・富山市）
  • Year and Date: 2016-03-06
• [Presentation] 汎熱帯海流散布マメ科植物に共生する根粒菌 (2015)
  • Author(s): 番場大, 中田さゆり, 青木誠志朗, 高山浩司, J. N. Farfan, 宮正樹, 伊藤元巳, 梶田忠
  • Organizer: 日本植物学会第79回大会
  • Place of Presentation: 朱鷺メッセ：新潟コンベンションセンター（新潟県・新潟市）
  • Year and Date: 2015-09-06
• [Remarks] 7ILC Symposium
  • URL: http://7ilc.info/regform/Symposium_toc.php?s_order=011
• [Funded Workshop] 7th International Legume Conoference (2018)