Comparative genomics of adaptive radiation in plants on oceanic islands

Research Project

Project/Area Number	21KK0131
Research Category	Fund for the Promotion of Joint International Research (Fostering Joint International Research (B))
Allocation Type	Multi-year Fund
Review Section	Medium-sized Section 45:Biology at organismal to population levels and anthropology, and related fields
Research Institution	Kyoto University
Principal Investigator	高山浩司京都大学, 理学研究科, 准教授 (60647478)
Co-Investigator(Kenkyū-buntansha)	須貝杏子島根大学, 学術研究院農生命科学系, 助教 (20801848) 今井亮介九州大学, 理学研究院, 学術研究員 (50794632)
Project Period (FY)	2021-10-07 – 2025-03-31
Project Status	Granted (Fiscal Year 2022)
Budget Amount *help	¥19,110,000 (Direct Cost: ¥14,700,000、Indirect Cost: ¥4,410,000) Fiscal Year 2024: ¥6,240,000 (Direct Cost: ¥4,800,000、Indirect Cost: ¥1,440,000) Fiscal Year 2023: ¥5,330,000 (Direct Cost: ¥4,100,000、Indirect Cost: ¥1,230,000) Fiscal Year 2022: ¥6,110,000 (Direct Cost: ¥4,700,000、Indirect Cost: ¥1,410,000) Fiscal Year 2021: ¥1,430,000 (Direct Cost: ¥1,100,000、Indirect Cost: ¥330,000)
Keywords	適応放散 / 海洋島 / 比較ゲノミクス / キク科
Outline of Research at the Start	海洋島には適応放散によって種分化した固有種が数多く存在する。近年、いくつかの生物種では遺伝子レベルでの適応放散の理解が進められているが、適応放散による遺伝的基盤の変化の普遍性や個別性は明らかとなっていない。本研究では、チリ共和国のファンフェルナンデス諸島とスペインのカナリア諸島の両諸島で独立に爆発的な種分化を遂げたキク科ノゲシ属を対象に、比較ゲノム解析を実施することで、適応放散の各ステップで生じた遺伝的変化の共通点と相違点を明らかにする。
Outline of Annual Research Achievements	本研究の第一の目的は、ファンフェルナンデス諸島（チリ共和国）とカナリア諸島（スペイン）で独立に適応放散を遂げたキク科ノゲシ属のゲノムを比較し、両者で見られる共通の遺伝的基盤の変化と進化プロセスを捉えることである。具体的には、１．祖先種が海洋島に進入した際のボトルネックの効果、２．空きニッチへ分布拡大していく際の自然選択の緩みと適応度効果の有無、3. 異なる環境適応する際に強い自然選択を受けたゲノム部位を明らかにし、それらに種間・環境間・海洋島間で共通性があるかを検証する。 2022年度はロングリードシーケンスに適した核酸の抽出法の検討を行い、ナイロンメッシュと分画法を組み合わせた葉緑体の除去とNucleobond HMW DNAキットの利用で、生葉から質の高いDNAを抽出することに成功した。カナリア諸島のノゲシ属3種および外群1種について、20-50GB程度のPacbio HiFiリードを取得した。対象とするノゲシ属のゲノムサイズは1.0-1.5Gbであるため、ゲノムサイズの約30倍程度のデータを取得したことになる。4種のうち2種ではほぼ染色体レベルでのドラフトゲノム構築の見通しが立った。さらに、外群を含む約30種についてもショートリードのデータを取得するための準備が整った。ファンフェルナンデス諸島の固有種についても、共同研究者を通じて種子を入手し、核酸抽出に用いるための生葉を確保するために、栽培を継続している。本研究の第二の目的は、チリ共和国のコンセプシオン大学およびカナリア諸島のラ・ラグナ大学の研究者との持続可能な研究ネットワークを形成することである。コロナウイルスの影響もあり2022年度は現地調査の計画を立てることができなかったが、メールおよびオンライン会議で具体的な方法について相談し、2023年度には海外調査を実施するための調整を行うことができた。
Current Status of Research Progress	Current Status of Research Progress 3: Progress in research has been slightly delayed. Reason コロナウイルスの影響もあり、予定していた海外調査を実施することができなかった。一方、カナリア諸島の植物については、共同研究者から入手した種子サンプルをもとに、ドラフトゲノムの構築を進めることができた。また、ショートリードシーケンスについてもほぼ全ての固有種で取得できる準備が整った。ファンフェルナンデス諸島の固有種については、シーケンス解析まで着手できていないが、栽培個体の確保ができたため、次年度はロングリードシーケンスの解析が進められる見込みである。
Strategy for Future Research Activity	①野外調査：2023年度中にカナリア諸島もしくはファンフェルナンデス諸島で野外調査を実施する。コロナウイルスの影響などで実施困難な場合は、現地協力者に試料収集を要請し、研究計画全体に遅れが生じないようにする。 ②遺伝子解析（wet）：カナリア諸島の固有種については、ほぼ全種についてショートリードシーケンスの取得を行う。ファンフェルナンデス諸島の栽培個体が十分に成長したら、核酸の抽出を行い、ロングリードシーケンスの取得を行う。 ③遺伝子解析（dry）：ロングリードシーケンスのデータをもとに、代表種に関してドラフトゲノムの構築を行う。ドラフトゲノムの構築状況に応じて、追加のデータ取得の必要性や他のサンプルでの必要データ量を決定する。ショートリードのデータに関しては、構築したドラフトゲノムにマッピングすることで変異解析を行う。カナリア諸島の植物で先行して、集団遺伝学的な解析を進める。