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The evolution of 'lock-and-key' systems in plant self-incompatibility: an investigation from theoretical and experimental approaches

Publicly Offered Research

Project AreaEvolutionary theory for constrained and directional diversities
Project/Area Number 18H04813
Research Category

Grant-in-Aid for Scientific Research on Innovative Areas (Research in a proposed research area)

Allocation TypeSingle-year Grants
Research InstitutionChiba University

Principal Investigator

土松 隆志  千葉大学, 大学院理学研究院, 准教授 (60740107)

Project Period (FY) 2018-04-01 – 2020-03-31
Project Status Completed (Fiscal Year 2019)
Budget Amount *help
¥10,400,000 (Direct Cost: ¥8,000,000、Indirect Cost: ¥2,400,000)
Fiscal Year 2019: ¥4,810,000 (Direct Cost: ¥3,700,000、Indirect Cost: ¥1,110,000)
Fiscal Year 2018: ¥5,590,000 (Direct Cost: ¥4,300,000、Indirect Cost: ¥1,290,000)
Keywords自家不和合性 / 共進化 / シミュレーション
Outline of Annual Research Achievements

共進化する生物同士にはしばしば,特定の相手としか相互作用しないというパートナー選択の特異性がみられる.このような特異性を担う分子的実体は受容体とリガンドであることが多いが,新しい特異性,すなわち「新しい受容体とリガンドのセット」はどのように進化するのかという問題が以前から指摘されていた.本研究では,自家受精を防ぐ自己認識機構である植物の自家不和合性を対象にこの問題に取り組んだ.特に着目したのが,自家不和合性の受容体とリガンドのセット(「S対立遺伝子」と呼ぶ)の特異性が不安定化し部分的に自家和合化するような,特異性の「ゆらぎ」現象である.本課題は,数理モデルと実験によりS対立遺伝子の進化過程を予測・再現することを通して,特異性のゆらぎと新規受容体-リガンドのセットの進化可能性との関係を,理論と実験の両面から探ることを目的とした.
まず、自家不和合性における新規S対立遺伝子の進化と特異性のゆらぎとの関係を探るために,進化過程を再現する数理モデルを構築した.主要な結果として,認識特異性がゆらいだ中間状態があることで,たしかに新規S対立遺伝子が長期に渡って集団内に維持されることが予測された.また,S対立遺伝子の優劣性と新規S対立遺伝子の進化しやすさとの間にも関係が見られた.
続いて,実際の野生集団においてどのようなS対立遺伝子が分離しているのかを把握するために,シロイヌナズナに近縁の自家不和合性種ハクサンハタザオを用いて,リシークエンスデータに基づくS遺伝子座の塩基配列解析を行った.その結果,同一の特異性をもつとされるS対立遺伝子内にもいくつかの非同義置換が見られることが明らかになった.これらの多型は特異性に影響を与えゆらぎを引き起こす可能性があると考えられる.

Research Progress Status

令和元年度が最終年度であるため、記入しない。

Strategy for Future Research Activity

令和元年度が最終年度であるため、記入しない。

Report

(2 results)
  • 2019 Annual Research Report
  • 2018 Annual Research Report
  • Research Products

    (27 results)

All 2019 2018 Other

All Journal Article (5 results) (of which Int'l Joint Research: 1 results,  Peer Reviewed: 4 results,  Open Access: 2 results) Presentation (19 results) (of which Int'l Joint Research: 1 results,  Invited: 8 results) Book (1 results) Remarks (2 results)

  • [Journal Article] The frontier of self-incompatibility study in Brassicaceae and its use in breeding field2019

    • Author(s)
      Tsuchimatsu Takashi、Yasuda Shinsuke、Takada Yoshinobu、Kitashiba Hiroyasu、Niikura Satoshi、Fujimoto Ryo、Kakizaki Tomohiro
    • Journal Title

      Breeding Research

      Volume: 21 Issue: 1 Pages: 61-68

    • DOI

      10.1270/jsbbr.21.W03

    • NAID

      130007664806

    • ISSN
      1344-7629, 1348-1290
    • Year and Date
      2019-06-01
    • Related Report
      2019 Annual Research Report
  • [Journal Article] A stigmatic gene confers interspecies incompatibility in the Brassicaceae2019

    • Author(s)
      Fujii Sota、Tsuchimatsu Takashi、Kimura Yuka、Ishida Shota、Tangpranomkorn Surachat、Shimosato-Asano Hiroko、Iwano Megumi、Furukawa Shoko、Itoyama Wakana、Wada Yuko、Shimizu Kentaro K.、Takayama Seiji
    • Journal Title

      Nature Plants

      Volume: 5 Issue: 7 Pages: 731-741

    • DOI

      10.1038/s41477-019-0444-6

    • Related Report
      2019 Annual Research Report
    • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
  • [Journal Article] Exploring genetic diversity and signatures of horizontal gene transfer in nodule bacteria associated with Lotus japonicus in natural environments2019

    • Author(s)
      Bamba, M., Aoki, S., Kajita, T., Setoguchi H., Watano, Y., Sato, S., and Tsuchimatsu, T.
    • Journal Title

      Molecular Plant-Microbe Interactions

      Volume: 印刷中 Issue: 9 Pages: 1110-1120

    • DOI

      10.1094/mpmi-02-19-0039-r

    • Related Report
      2019 Annual Research Report 2018 Annual Research Report
    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Journal Article] Plant adaptation and speciation studied by population genomic approaches2019

    • Author(s)
      Bamba Masaru、Kawaguchi Yawako W.、Tsuchimatsu Takashi
    • Journal Title

      Development, Growth & Differentiation

      Volume: 61 Issue: 1 Pages: 12-24

    • DOI

      10.1111/dgd.12578

    • Related Report
      2018 Annual Research Report
    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Journal Article] Evolutionary Dynamics of Plant Populations Studied by Population Genomics: Genomics of Adaptation2018

    • Author(s)
      TSUCHIMATSU Takashi
    • Journal Title

      KAGAKU TO SEIBUTSU

      Volume: 56 Issue: 5 Pages: 317-323

    • DOI

      10.1271/kagakutoseibutsu.56.317

    • NAID

      130007635167

    • ISSN
      0453-073X, 1883-6852
    • Year and Date
      2018-04-20
    • Related Report
      2018 Annual Research Report
    • Peer Reviewed
  • [Presentation] Genetic basis underlying the plant fitness variation in a nitrogen-fixing plant-microbe symbiosis2019

    • Author(s)
      M. Bamba, S. Aoki, T. Kajita, H. Setoguchi, Y. Watano, S. Sato, and T. Tsuchimatsu
    • Organizer
      日本進化学会
    • Related Report
      2019 Annual Research Report
    • Invited
  • [Presentation] 接合藻ヒメミカヅキモにおける生殖様式の平行進化:全ゲノムデータから探る2019

    • Author(s)
      川口也和子,土金勇樹,田中啓介,太治輝昭,豊田敦,西山智明,関本弘之,土松隆志
    • Organizer
      日本進化学会
    • Related Report
      2019 Annual Research Report
  • [Presentation] ミヤコグサ野生系統の生育と共生根粒菌ゲノムの関連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
      日本植物学会
    • Related Report
      2019 Annual Research Report
  • [Presentation] 接合藻ヒメミカヅキモにおける生殖様式の進化:有性生殖関連遺伝子の系統間比較2019

    • Author(s)
      川口也和子,土金勇樹,田中啓介,太治輝昭,豊田敦,西山智明,関本弘之,土松隆志
    • Organizer
      日本植物学会
    • Related Report
      2019 Annual Research Report
  • [Presentation] ペチュニア属植物における花形質の変異及びRAD-seqによる集団構造の解析2019

    • Author(s)
      佐々木星紀,渡辺均,上原浩一,土松隆志
    • Organizer
      日本植物学会
    • Related Report
      2019 Annual Research Report
  • [Presentation] 自家不和合性システムと自家受精の進化2019

    • Author(s)
      土松隆志
    • Organizer
      日本シダ学会
    • Related Report
      2019 Annual Research Report
    • Invited
  • [Presentation] マメ科植物-根粒菌共生関係の多様性創出に関連する根粒菌ゲノム領域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
      植物微生物学研究会
    • Related Report
      2019 Annual Research Report
  • [Presentation] 植物における自家不和合性システムと自家受精の進化2019

    • Author(s)
      土松隆志
    • Organizer
      岡山大学昆虫学土曜セミナー
    • Related Report
      2019 Annual Research Report
    • Invited
  • [Presentation] 自家受精の平行進化のゲノム基盤2019

    • Author(s)
      土松隆志
    • Organizer
      神戸大学大学院農学研究科インターゲノミクスセミナー
    • Related Report
      2018 Annual Research Report
    • Invited
  • [Presentation] 植物の適応形質のゲノム科学2018

    • Author(s)
      土松隆志
    • Organizer
      京都大学生態学研究センター研究集会「異なるマクロ生物学分野のインタープレイ」
    • Related Report
      2018 Annual Research Report
    • Invited
  • [Presentation] アブラナ科植物における自家不和合性と自家受精の進化2018

    • Author(s)
      土松隆志
    • Organizer
      日本育種学会ワークショップ「アブラナ科植物における自家不和合性研究の最前線と育種現場での利用」
    • Related Report
      2018 Annual Research Report
    • Invited
  • [Presentation] 南米産ペチュニア属植物の自家和合系統を用いたS遺伝子座の配列解析2018

    • Author(s)
      坂本奈緒子,渡辺均,上原浩一,土松隆志
    • Organizer
      日本植物学会
    • Related Report
      2018 Annual Research Report
  • [Presentation] 接合藻ヒメミカヅキモ種内系統間にみられるゲノム構造の変異:生殖様式の進化との関連2018

    • Author(s)
      川口也和子,土金勇樹,西山智明,関本弘之,土松隆志
    • Organizer
      日本植物学会
    • Related Report
      2018 Annual Research Report
  • [Presentation] 植物における自家不和合性と自家受精の進化:アブラナ科・ナス科植物を例に2018

    • Author(s)
      土松隆志
    • Organizer
      日本進化学会シンポジウム「生態発生進化」
    • Related Report
      2018 Annual Research Report
    • Invited
  • [Presentation] 南米産ペチュニア属植物を用いた自家不和合性遺伝子座配列解析2018

    • Author(s)
      坂本奈緒子,渡辺均,上原浩一,土松隆志
    • Organizer
      日本進化学会
    • Related Report
      2018 Annual Research Report
  • [Presentation] 2種類の生殖様式を持つ接合藻ヒメミカヅキモにおけるゲノム構造の系統間比較2018

    • Author(s)
      川口也和子,土金勇樹,西山智明,関本弘之,土松隆志
    • Organizer
      日本進化学会
    • Related Report
      2018 Annual Research Report
  • [Presentation] 全ゲノム配列解析と交互接種実験から探るマメ科植物-根粒菌間の共生特異性の進化2018

    • Author(s)
      番場大,青木誠志朗,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
    • Related Report
      2018 Annual Research Report
  • [Presentation] Diversity and horizontal gene transfer of nodule bacteria associated with Lotus japonicus in natural environments2018

    • Author(s)
      Bamba, M., Aoki, S., Kajita, T., Watano, Y., Setoguchi, H., Sato, S., Tsuchimatsu, T.
    • Organizer
      Annual Meeting of the Society for Molecular Biology and Evolution
    • Related Report
      2018 Annual Research Report
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] 植物における自家不和合性と自家受精の進化2018

    • Author(s)
      土松隆志
    • Organizer
      遺伝学研究所研究会「マクロ生態学と遺伝学の融合」
    • Related Report
      2018 Annual Research Report
    • Invited
  • [Book] 分子生物学2018

    • Author(s)
      J. Zlatanova、K. E. van Holde、田村 隆明
    • Total Pages
      608
    • Publisher
      東京化学同人
    • ISBN
      9784807909490
    • Related Report
      2018 Annual Research Report
  • [Remarks] Tsuchimatsu Lab

    • URL

      https://tsuchimatsu.wordpress.com/

    • Related Report
      2019 Annual Research Report
  • [Remarks] Tsuchimatsu Lab

    • URL

      https://tsuchimatsu.wordpress.com

    • Related Report
      2018 Annual Research Report

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Published: 2018-04-23   Modified: 2021-01-27  

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