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Mating system evolution and population genomics in Arabidopsis

Publicly Offered Research

Project AreaDetermining the principles of the birth of new plant species: molecular elucidation of the lock-and-key systems in sexual reproduction
Project/Area Number 19H04851
Research Category

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

Allocation TypeSingle-year Grants
Review Section Biological Sciences
Research InstitutionThe University of Tokyo (2020)
Chiba University (2019)

Principal Investigator

土松 隆志  東京大学, 大学院理学系研究科(理学部), 准教授 (60740107)

Project Period (FY) 2019-04-01 – 2021-03-31
Project Status Completed (Fiscal Year 2020)
Budget Amount *help
¥8,580,000 (Direct Cost: ¥6,600,000、Indirect Cost: ¥1,980,000)
Fiscal Year 2020: ¥4,290,000 (Direct Cost: ¥3,300,000、Indirect Cost: ¥990,000)
Fiscal Year 2019: ¥4,290,000 (Direct Cost: ¥3,300,000、Indirect Cost: ¥990,000)
Keywords集団ゲノミクス / 自殖 / 自家不和合性 / 新種誕生 / シロイヌナズナ
Outline of Research at the Start

植物の新種誕生過程では,環境に適応した新しい遺伝子セットを維持するために,他殖から自殖への生殖様式の移行を伴う例が多く知られている.そのため,特に他殖性植物から新種を生み出し安定して維持するには,自殖性への転換が重要なステップである.私達は,モデル植物シロイヌナズナを用いて,このような新種誕生と自殖の進化がどのように起きてきたのかを,たくさんの野生系統のゲノムデータの解析から明らかにしようとしている.

Outline of Annual Research Achievements

自殖に関わる花形質として花粉数に着目し、シロイヌナズナの野生系統を用いたゲノムワイド関連解析から花粉数関連遺伝子Reduced Pollen Number 1 (RDP1) を同定し、機能解析を行った。また、分子集団遺伝学的解析から花粉数が減少する方向への自然選択を検出した。これらの結果をまとめ、論文を出版した(Tsuchimatsu, Kakui et al. 2020 Nature Commun)。rdp1突然変異体と野生型の比較トランスクリプトーム解析を行ったほか、複数の野生アリルの機能を確認した。これらの結果も現在投稿準備中である。
他に自殖に関わる花形質(自殖シンドローム)として、種子サイズに着目した解析を行った。ハミルトン則に基づく理論モデルから、自殖の進化に伴って種子サイズは小さくなると予測されていたものの、実証データはこれまでほとんど得られてなかった。ナス科、キク科、アブラナ科の多数の植物種を用いた回帰分析から、自家和合性種では自家不和合性種よりも全体として種子が小型化することを発見した。この結果を論文にまとめ、現在投稿中である。
ナス科植物の自家不和合性遺伝子座の配列解析から、自殖性の進化の遺伝的基盤を探る研究も進めた。ロングリードシークエンサーを用いたトランスクリプトーム解析からこれまで発見されていなかった新たなS対立遺伝子候補を自家和合性集団において発見し、今後詳細に遺伝的背景を調べる重要な手がかりを得た。

Research Progress Status

令和2年度が最終年度であるため、記入しない。

Strategy for Future Research Activity

令和2年度が最終年度であるため、記入しない。

Report

(2 results)
  • 2020 Annual Research Report
  • 2019 Annual Research Report
  • Research Products

    (23 results)

All 2020 2019 Other

All Journal Article (7 results) (of which Int'l Joint Research: 4 results,  Peer Reviewed: 6 results,  Open Access: 4 results) Presentation (15 results) (of which Invited: 4 results) Remarks (1 results)

  • [Journal Article] Massive rhizobial genomic variations associated with partner quality in Lotus-Mesorhizobium symbiosis2020

    • Author(s)
      Masaru Bamba, Seishiro Aoki, Tadashi Kajita, Hiroaki Setoguchi, Yasuyuki Watano, Shusei Sato, Takashi Tsuchimatsu
    • Journal Title

      FEMS Microbiology Ecology

      Volume: 96 Issue: 12

    • DOI

      10.1093/femsec/fiaa202

    • Related Report
      2020 Annual Research Report
    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Journal Article] Double-locking mechanism of self-compatibility in Arabidopsis thaliana: the synergistic effect of transcriptional depression and disruption of coding region in the male specificity gene.2020

    • Author(s)
      Suwabe, K., Nagasaka, K., Windari, E. A., Hoshiai, C., Ota, T., Takada, M., Kitazumi, A., Masuko-Suzuki, H., Kagaya, Y., Yano, K., Tsuchimatsu, T., Shimizu, K. K., Takayama, S., Suzuki, G., and Watanabe, M.
    • Journal Title

      Frontiers in Plant Science

      Volume: 11 Pages: 576140-576140

    • DOI

      10.3389/fpls.2020.576140

    • Related Report
      2020 Annual Research Report
    • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
  • [Journal Article] Adaptive reduction of male gamete number in the selfing plant Arabidopsis thaliana2020

    • Author(s)
      Takashi Tsuchimatsu, Hiroyuki Kakui, Misako Yamazaki, Cindy Marona, Hiroki Tsutsui, Afif Hedhly, Dazhe Meng, Yutaka Sato, Thomas Studler, Ueli Grossniklaus, Masahiro M. Kanaoka, Michael Lenhard, Magnus Nordborg and Kentaro K. Shimizu
    • Journal Title

      Nature Communications

      Volume: 11 Issue: 1 Pages: 2885-2885

    • DOI

      10.1038/s41467-020-16679-7

    • Related Report
      2020 Annual Research Report
    • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
  • [Journal Article] Niche conservatism promotes speciation in cycads: the case of Dioon merolae (Zamiaceae) in Mexico2020

    • Author(s)
      Gutierrez-Ortega J.S., Salinas-Rodriguez M.M., Ito T., Perez-Farrera M.A., Vovides A.P., Martinez J.F., Molina-Freaner F., Hernandez-Lopez A., Kawaguchi L., Nagano A.J., Kajita T., Watano Y., Tsuchimatsu T., Takahashi Y., Murakami M.
    • Journal Title

      New Phytologist

      Volume: 999 Issue: 6 Pages: 999-999

    • DOI

      10.1111/nph.16647

    • Related Report
      2020 Annual Research Report
    • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
  • [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
    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Presentation] 自家不和合性と自家受精の進化のゲノム基盤2020

    • Author(s)
      土松隆志
    • Organizer
      オンライン植物研究者の会
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      2020 Annual Research Report
  • [Presentation] 野生ペチュニアにおける自家不和合性遺伝子座の網羅的配列解析手法の確立2020

    • Author(s)
      前之園大雅、黒沼尊紀、上原浩一、渡辺均、土松隆志
    • Organizer
      日本進化学会第22回大会
    • Related Report
      2020 Annual Research Report
  • [Presentation] 全ゲノムデータからみたヒメミカヅキモの自殖系統におけるホメオログ間組み換え2020

    • 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
      日本植物学会第84回大会
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      2020 Annual Research Report
  • [Presentation] 自殖種は他殖種より種子が小さいか?:メタ解析によるアプローチ2020

    • Author(s)
      竪山裕文、土松隆志
    • Organizer
      日本植物学会第84回大会
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      2020 Annual Research Report
  • [Presentation] ゲノム量から明らかにするヒメミカヅキモの多様性2020

    • Author(s)
      土金勇樹、川口也和子、上原浩一、土松隆志
    • Organizer
      日本植物学会第84回大会
    • Related Report
      2020 Annual Research Report
  • [Presentation] マメ科植物-根粒菌共生関係における遺伝子型×遺伝子型 (G×G) 相互作用に関連する植物遺伝子座にかかる自然選択2020

    • 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
      日本共生生物学会第4回大会
    • Related Report
      2020 Annual Research Report
  • [Presentation] The evolutionary maintenance of diverse self-incompatibility systems in flowering plants2020

    • Author(s)
      Takashi Tsuchimatsu
    • Organizer
      第43回日本分子生物学会年会
    • Related Report
      2020 Annual Research Report
    • Invited
  • [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
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      2019 Annual Research Report
    • Invited
  • [Remarks] Tsuchimatsu Lab

    • URL

      https://tsuchimatsu.wordpress.com/

    • Related Report
      2020 Annual Research Report 2019 Annual Research Report

URL: 

Published: 2019-04-18   Modified: 2022-12-28  

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