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Studying co-evolution of flowering time diversification and delayed fertilization in Fagaceae

Research Project

Project/Area Number 21H04781
Research Category

Grant-in-Aid for Scientific Research (A)

Allocation TypeSingle-year Grants
Section一般
Review Section Medium-sized Section 45:Biology at organismal to population levels and anthropology, and related fields
Research InstitutionKyushu University

Principal Investigator

佐竹 暁子  九州大学, 理学研究院, 教授 (70506237)

Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) 金岡 雅浩  県立広島大学, 生物資源科学部, 教授 (10467277)
三輪 京子  北海道大学, 地球環境科学研究院, 准教授 (50570587)
Project Period (FY) 2021-04-05 – 2025-03-31
Project Status Granted (Fiscal Year 2024)
Budget Amount *help
¥41,730,000 (Direct Cost: ¥32,100,000、Indirect Cost: ¥9,630,000)
Fiscal Year 2024: ¥9,100,000 (Direct Cost: ¥7,000,000、Indirect Cost: ¥2,100,000)
Fiscal Year 2023: ¥10,660,000 (Direct Cost: ¥8,200,000、Indirect Cost: ¥2,460,000)
Fiscal Year 2022: ¥10,530,000 (Direct Cost: ¥8,100,000、Indirect Cost: ¥2,430,000)
Fiscal Year 2021: ¥11,440,000 (Direct Cost: ¥8,800,000、Indirect Cost: ¥2,640,000)
Keywordsフェノロジー / ゲノム / 花粉管ガイダンス / 遺伝子発現 / 環境応答 / 植物フェノロジー / 受精遅延 / ブナ科 / 花粉管 / 送粉 / 適応
Outline of Research at the Start

有性生殖を行う生物では、受精は新しい生命個体の始まりである。受粉・交尾後に速やかに受精がなされる種がいる一方で、受精まで長い時間をかける種が多岐にわたる分類群で報告されている。森林生態系の中核をなすブナ科樹木はその典型であり、受粉から受精まで1年も遅延する。この長い受精遅延が生じるメカニズムと適応的意義は未解明のままであったが、近年申請者らはアジアに生息する200種を超えるブナ科樹木の開花と結実時期を分析することで、長い受精遅延は開花時期の多様化と種多様性の創出に寄与する可能性を見出した。本研究では、この開花時期と受精遅延の協調的進化を駆動する分子メカニズムを解明する。

Outline of Annual Research Achievements

引き続き福岡県に分布するマテバシイ属マテバシイ(2年成)とアラカシ(1年成)を対象に同一環境に生息し、開花時期と受精遅延期間が異なるブナ科樹木近縁種ペアを対象に、野外トランスクリプトーム解析を実施した。前年度に解読されたアラカシとマテバシイゲノムの遺伝子予測において、複数の重要な遺伝子が予測されていないという問題があったため、より精度の高い遺伝子予測を行った結果、それぞれゲノムサイズは800から900Mbであり遺伝子数は39,750個と34,059個であると予測された。OrthoFinderを用いてオルソログを推定した結果、アラカシとマテバシイの遺伝子のうち半数以上が1:1ペアのオルロログであることが明らかとなった。この1:1ペアの遺伝子を対象に、野外における遺伝子発現ダイナミクスの種間比較を実施することにした。日本には1年成のマテバシイ属は分布していないが、台湾南部には1年成マテバシイの小規模な集団が存在する。今年度は台湾との共同研究として調査を開始し、台湾に生息する1年成マテバシイを対象とした貴重なサンプルの採取を実施した。さらに、マテバシイとアラカシの雌花を解剖し切片の作成・観察を進めることで、花粉管のイメージングを実施した。

Current Status of Research Progress
Current Status of Research Progress

2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.

Reason

・国内のフィールド調査と遺伝子発現解析は引き続き順調に進んでいる。
・台湾に生息する1年成マテバシイを対象としたフィールド調査を順調に推進している。
・極めて硬い雌花を対象とした切片の作成は困難であったが、実験プロセスを工夫することで花粉管のイメージングが可能となった。

Strategy for Future Research Activity

マテバシイとアラカシの花粉管のイメージングの準備が整ったため、本成果をもとに異なる季節に採取されたより多くのサンプルを用いた分析を実施する。シリブカガシやスダジイへも対象を広げた種間比較を行うことで、花粉管が伸長を停止するタイミングと場所を特定する。

Report

(3 results)
  • 2022 Annual Research Report
  • 2021 Comments on the Screening Results   Annual Research Report
  • Research Products

    (21 results)

All 2023 2022 2021

All Journal Article (9 results) (of which Int'l Joint Research: 6 results,  Peer Reviewed: 8 results,  Open Access: 8 results) Presentation (12 results) (of which Int'l Joint Research: 2 results,  Invited: 3 results)

  • [Journal Article] Resource allocation strategies in the reproductive organs of Fagaceae species2023

    • Author(s)
      Wang Y, Han Q, Kitajima K, Kurokawa H, Shimada,T, Yamaryo T, Kabeya D, Kawasaki T, Satake A
    • Journal Title

      Ecological Research

      Volume: 38 Issue: 2 Pages: 306-316

    • DOI

      10.1111/1440-1703.12350

    • Related Report
      2022 Annual Research Report
    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Journal Article] Latitudinal cline of flowering and fruiting phenology in Fagaceae in Asia2023

    • Author(s)
      Araye Q, Yahara T, Satake A
    • Journal Title

      Biotropica

      Volume: 55 Issue: 1 Pages: 277-285

    • DOI

      10.1111/btp.13184

    • Related Report
      2022 Annual Research Report
    • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
  • [Journal Article] Seasonal gene-expression signatures of delayed fertilization in Fagaceae2023

    • Author(s)
      Akiko Satake, Kayoko Ohta, Noriko Takeda-Kamiya, Kiminori Toyooka, Junko Kusumi
    • Journal Title

      Molecular Ecology

      Volume: 32 Pages: 4801-4813

    • DOI

      10.1101/2023.03.02.530775

    • Related Report
      2022 Annual Research Report
  • [Journal Article] Impacts of climate change on reproductive phenology in tropical rainforests of Southeast Asia2022

    • Author(s)
      Shinya Numata, Koharu Yamaguchi, Masaaki Shimizu, Gen Sakurai, Ayaka Morimoto, Noraliza Alias, Nashatul Zaimah Noor Azman, Tetsuro Hosaka, Akiko Satake
    • Journal Title

      communications biology

      Volume: 10:11 Issue: 1 Pages: 1-10

    • DOI

      10.1038/s42003-022-03245-8

    • Related Report
      2022 Annual Research Report
    • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
  • [Journal Article] MASTREE+: Time-series of plant reproductive effort from six continents2022

    • Author(s)
      Andrew Hacket-Pain, Jessie J. Foest, Ian S. Pearse, Jalene M. LaMontagne, Walter D. Koenig, Giorgio Vacchiano, et al
    • Journal Title

      Global Change Biology

      Volume: 28 Issue: 9 Pages: 3066-3082

    • DOI

      10.1111/gcb.16130

    • Related Report
      2022 Annual Research Report
    • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
  • [Journal Article] Analyses of gene copy number variation in diverse epigenetic regulatory gene families across plants: Increased copy numbers of BRUSHY1/TONSOKU/MGOUN3 (BRU1/TSK/MGO3) and SILENCING DEFECTIVE 3 (SDE3) in long-lived trees2022

    • Author(s)
      Yuta Aoyagi Blue, Akiko Satake
    • Journal Title

      Plant Gene

      Volume: 32 Pages: 100384-100384

    • DOI

      10.1016/j.plgene.2022.100384

    • Related Report
      2022 Annual Research Report
    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Journal Article] A cross-scale approach to unravel the molecular basis of plant phenology in temperate and tropical climates2022

    • Author(s)
      Akiko Satake, Ai Nagahama, Eriko Sasaki
    • Journal Title

      New Phytologist

      Volume: 28 Issue: 6 Pages: 2340-2353

    • DOI

      10.1111/nph.17897

    • Related Report
      2021 Annual Research Report
    • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
  • [Journal Article] Delayed fertilization facilitates flowering time diversity in Fagaceae2021

    • Author(s)
      Akiko Satake, Dave Kelly
    • Journal Title

      The Royal Society, Philosophical Transactions of the royal society B

      Volume: 376 Issue: 1839 Pages: 20210116-20210116

    • DOI

      10.1098/rstb.2021.0115

    • Related Report
      2021 Annual Research Report
    • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
  • [Journal Article] Studying the genetic basis of masting2021

    • Author(s)
      Akiko Satake, Dave Kelly
    • Journal Title

      The Royal Society, Philosophical Transactions of the royal society B

      Volume: 376 Issue: 1839 Pages: 1-1

    • DOI

      10.1098/rstb.2021.0116

    • Related Report
      2021 Annual Research Report
    • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
  • [Presentation] Molecular phenology in trees2022

    • Author(s)
      Akiko Satake
    • Organizer
      PHENOLOGY 2022
    • Related Report
      2022 Annual Research Report
    • Int'l Joint Research / Invited
  • [Presentation] A cross-scale approach toward a mechanistic understanding of plant phenology2022

    • Author(s)
      Akiko Satake
    • Organizer
      INTECOL
    • Related Report
      2022 Annual Research Report
    • Int'l Joint Research / Invited
  • [Presentation] 気候変動下にある森林生態系の分子フェノロジー2022

    • Author(s)
      佐竹暁子
    • Organizer
      日本植物学会第86回大会
    • Related Report
      2022 Annual Research Report
    • Invited
  • [Presentation] 温暖化に伴う開花フェノロジーシフト:鍵となる春化とジベレリン合成経路2022

    • Author(s)
      幸元秀行、秦有輝、経塚淳子、梶田結衣、遠山弘法、永濱藍、佐竹暁子
    • Organizer
      第54回種生物学シンポジウム
    • Related Report
      2022 Annual Research Report
  • [Presentation] ブナ科コナラ属の1年成・2年成はどちらが祖先形質か?2022

    • Author(s)
      夫婦石千尋、今井亮介、矢原徹一、佐竹暁子
    • Organizer
      第54回種生物学シンポジウム
    • Related Report
      2022 Annual Research Report
  • [Presentation] Integration of Theoretical and Empirical Approaches on Starch Metabolism to Unravel the Adaptive Mechanism for Seasonal Environment in Plants2022

    • Author(s)
      Shuichi Kudo, Anthony Artins, Carolina Bello, Camila Caldana, Akiko Satake
    • Organizer
      第64回日本植物生理学会年会
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      2022 Annual Research Report
  • [Presentation] ブナ科コナラ属の1年成・2年成はどちらが祖先形質か?2022

    • Author(s)
      夫婦石千尋、今井亮介、矢原徹一、佐竹暁子
    • Organizer
      第70回日本生態学会大会
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      2022 Annual Research Report
  • [Presentation] ブナ科コナラ属における繁殖形質多様化の進化2022

    • Author(s)
      夫婦石千尋、今井亮介、矢原徹一、佐竹暁子
    • Organizer
      第69回日本生態学会大会
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      2021 Annual Research Report
  • [Presentation] 温暖化に伴う開花フェノロジーシフト:開花遺伝子発現パターンの温帯・亜熱帯間比較2022

    • Author(s)
      幸元秀行、秦有輝、経塚淳子、梶田結衣、遠山弘法、永濱藍、佐竹暁子
    • Organizer
      第69回日本生態学会大会
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      2021 Annual Research Report
  • [Presentation] どんぐりの不思議な戦略2022

    • Author(s)
      佐竹暁子
    • Organizer
      第69回日本生態学会年大会
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      2021 Annual Research Report
  • [Presentation] アジア広域に分布するブナ科植物における開花結実フェノロジーの緯度クライン 【B】2022

    • Author(s)
      新井健太、矢原徹一、佐竹暁子
    • Organizer
      第63回日本植物生理学会年大会
    • Related Report
      2021 Annual Research Report
  • [Presentation] ブナ科コナラ属における繁殖形質多様化の進化2021

    • Author(s)
      夫婦石千尋、今井亮介、矢原徹一、佐竹暁子
    • Organizer
      第53回種生物学シンポジウム
    • Related Report
      2021 Annual Research Report

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Published: 2021-04-28   Modified: 2024-12-25  

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