Adaptation of the coral Acropora elucidating from the past climate change
| Project/Area Number |
23K23634
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| Project/Area Number (Other) |
22H02369 (2022-2023)
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| Research Category |
Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
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| Allocation Type | Multi-year Fund (2024)
Single-year Grants (2022-2023) |
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| Section | 一般 |
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| Review Section |
Basic Section 39060:Conservation of biological resources-related
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| Research Institution | University of the Ryukyus |
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Principal Investigator |
守田 昌哉 琉球大学, 熱帯生物圏研究センター, 准教授 (80535302)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
大木 駿 広島大学, 医系科学研究科(医), 助教 (30834519)
深見 裕伸 宮崎大学, 農学部, 教授 (50402756)
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| Project Period (FY) |
2022-04-01 – 2026-03-31
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| Project Status |
Granted (Fiscal Year 2024)
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| Budget Amount *help |
¥17,550,000 (Direct Cost: ¥13,500,000、Indirect Cost: ¥4,050,000)
Fiscal Year 2025: ¥2,340,000 (Direct Cost: ¥1,800,000、Indirect Cost: ¥540,000)
Fiscal Year 2024: ¥3,640,000 (Direct Cost: ¥2,800,000、Indirect Cost: ¥840,000)
Fiscal Year 2023: ¥3,900,000 (Direct Cost: ¥3,000,000、Indirect Cost: ¥900,000)
Fiscal Year 2022: ¥7,670,000 (Direct Cost: ¥5,900,000、Indirect Cost: ¥1,770,000)
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| Keywords | ミドリイシ属サンゴ / 種分化 / 生殖隔離 / 気候変動 / 遺伝子進化 / 造礁サンゴ / 繁殖 / 受精 / 遺伝子浸透 / 交雑 / 配偶子種認識 / 適応進化 / 浸透交雑 |
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| Outline of Research at the Start |
ミドリイシ属サンゴはサンゴ礁を形成するサンゴである。過去の気候変動時に大量絶滅と適応放散を経て多くの種へ分岐した。この過程で、雑種形成と種の境界線となる生殖隔離機構を獲得してきたが、気候変動に対する適応と種分化の関係は不明なままである。本研究課題では、種分化過程と遺伝子の進化の関係を検証し、生殖隔離機構の成立と気候変動に対する適応の歴史を明らかにすることを目的とする。そのために、混乱しているミドリイシ属の分類の整理、ゲノム情報を利用した種分化過程や関連した遺伝子の進化（配偶子構成タンパク質の進化など）、そして水温に対する順応に関与する遺伝子の探索、などを複合的に行う。
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究課題では、気候変動に対するサンゴの適応の可能性を繁殖から明らかにするものである。研究成果として、高水温により配偶子形成が変化することを明らかにし、受精時に機能するタンパク質の同定と機能解析から種の境界に重要な働きをする配偶子種認識に関与するタンパク質を明らかにした。例えば、サンゴ群体が高水温を経験すると、次の年の産卵では、卵のサイズを小さくし、より多く作ることが明らかとした。これは、気候変動に対してサンゴが資源投資を変化させずに多くの子供を残そうとすること＝順応することを意味する。また受精時に配偶子種認識に関与するタンパク質の選別を行い、ひとつのタンパク質ADAM10が関与する可能性を明らかにした。また、テーブル状のミドリイシ属サンゴは少なくとも5種おり、その種は交雑を介さずに非常に早い速度で種分化したことも明らかにした。これらの種では、交雑を介さずにタンパク質の遺伝子(CDs)とnon-coding RNAの遺伝子進化が種分化と相関して起きていたことも判明した。このCDsには配偶子構成タンパク質も含まれていた。またこれらのCDsをミドリイシ属のデータベースからオルソログを単離し、非同義／同義置換率を指標にした解析を行った結果、多くの遺伝子が適応進化していることも明らかとなった。なお適応進化しているCDsには配偶子を構成するタンパク質ADAM10のパラログであるADAM17もあった。そして、配偶子の互換性の高いミドリイシ属サンゴでは、生息数が減少した際に、交雑が起きる可能性が示唆されていた。その結果を支持するように、これらの種では、ゲノムワイドなシーケンスによる一塩基多型（SNPs）を用いた研究から、遺伝子浸透が白化の起きた近年（<50年以内ー約8世代）と過去の氷河期の最後の時期ー更新世後期（1万年から3万年前）に活発に起きていたことを推定できた。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
1: Research has progressed more than it was originally planned.
Reason
ゲノムワイドな一塩基多型(SNPs)を用いた解析が簡便にできるようになったため、研究を行いやすくなり多くの成果を得つつある。例えば、本研究で主に用いたGrasDi-seqを用いた解析では多くのSNPsを得ることができ、また、ミドリイシ属サンゴのゲノム情報が蓄積し、それを利用することができるためである。これらの情報と、ミドリイシ属サンゴの配偶子構成タンパク質の同定も行うことができたため、タンパク質の情報も利用できるようになったことも大きい。これら解析を行う上で、SNPsを用いたバイオインフォマティクス解析が必要不可欠であるが、国立遺伝研のサーバーを利用することで離島の臨海実験所でも研究がしやすくなった。この解析手法の確立のために、分担者の大木が力を発揮し、非常に効率的に研究を進める基盤を整備したことも大きい。そして、これらの方法とともに、代表者の培ってきたタンパク質発現系の実験系を組み合わせての抗体作成も効率よく行えるようになったことも研究が進んだ理由の一つである。また、交雑を推定するためにはサンゴの形態的特徴の解析も必要であるが、分担者の深見が分類の専門家であるため、形態的特徴を選別し、精度の高い形態からの分類を行うことができている。その結果、決定的な因子ではないが配偶子種認識に関与するタンパク質の同定にも成功しているだけでなく、テーブル状のミドリイシ属サンゴを対象とした種分化に関しても成果を上げている。今後も多様な方向から解析を進めることで包括的な研究成果を得ることができるのではないかと期待できる。
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| Strategy for Future Research Activity |
今後もこれまでの方向を維持しつつ、遺伝子浸透の起きている時期の推定を行う。そのために、種数を増やしてSNPsを用いたdemographic解析により推定する。その解析のためには分類の整理が必要になるが、所属学生の協力を得ながら瀬底島周辺に生息するミドリイシ属の形態からの同定方法の確立を行う。そして同定方法の確立ができた種のゲノムワイドなアンプリコンシーケンス解析により遺伝解析を推進していく。これらのシーケンス情報を用いて、遺伝的多様性の高い箇所(Fst値の高い箇所)に座位する遺伝子(CDsやnon-coding RNA)の絞り込みを行う。また、Fst値の高い遺伝子座に座位する遺伝子の機能解析ー特に配偶子構成タンパク質ーを該当タンパク質に対する抗体の作成を行い受精時の機能や配偶子中の局在なども明らかにしていく予定である。特に、テーブル状サンゴの解析でADAM17が種分化の過程で適応進化していることが判明したことから、このタンパク質の解析を進める予定である。同時に、卵形成が変化することが明らかになったことから、卵を構成するタンパク質の量が変化することが予想される。卵タンパク質としてビテロジェニンが知られており、質量分析による卵タンパク質の同定によりビテロジェニンが含まれていることが明らかとなったため、高水温と卵形成の関係をビテロジェニンからも解析を進めていく予定である。
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Report
(1 results)
Research Products
(6 results)
