2017 Fiscal Year Annual Research Report
ハイブリッド新種ゲノムが有するオミクス適応能の包括的な解析
| Project Area | Determining the principles of the birth of new plant species: molecular elucidation of the lock-and-key systems in sexual reproduction |
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| Project/Area Number |
16H06469
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| Research Institution | National Institute of Advanced Industrial Science and Technology |
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Principal Investigator |
瀬々 潤 国立研究開発法人産業技術総合研究所, 情報・人間工学領域, 研究チーム長 (40361539)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
清水 健太郎 横浜市立大学, 木原生物学研究所, 客員教授 (10742629)
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| Project Period (FY) |
2016-06-30 – 2021-03-31
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| Keywords | 異質倍数体 / GWAS / 発現解析 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
「鍵と鍵穴」の障壁を超え、交雑により生まれたハイブリッド新種は、農業において積極的に利用されている。一方で、ハイブリッド新種が作成できたとして、その適応能は明らかではない。本研究では新たに生まれたハイブリッド新種が、どのような環境適応能を持ちうるかの予測法開発を目指す。そして、より望んだ環境に適応した新種の作成を効率化し、新種誕生の分子的なメカニズム理解につなげる。
現在まで、ハイブリッド新種に関するオミクス適応能を解析するためのWet、Dryの解析手法を構築してきた。Wetな方法として、個々の遺伝子機能を明らかにするためには分子生物学的手法が有力である。その中でも形質転換による遺伝子機能解析は強力な方法であるが、倍数体植物で形質転換法が確立された植物は未だ数える程度である。そこで今回異質4倍体であるアブラナ科シロイヌナズナ属のArabidopsis kamchaticaにおける形質転換法を確立した。Dryな方法として、異質倍数体の遺伝子発現量を詳細に定量できるEAGLE-RCを開発した。今まで、開発してきたホメオログ（異なる親種に由来するホモログ遺伝子）の定量手法に比べ、エラー率が1/3程度になった。さらに、４倍体以外の６倍体などの定量も可能になった。さらに、異質倍数体の発現解析の手法を、リシークエンシングによるゲノムワイド多型解析に適用した。そしてArabidopsis kamchaticaの分布域全体をカバーする25個体を用いてゲノムワイドな自然選択のパターンを解析したところ、有利なアミノ酸変異の率がこれまで調べられた植物種の中でも高いことが分かった。このことは、倍数体化によって複数コピーをもつことで、片方がもとの機能を保ちながら他方が新しい機能を進化させることができるように進化可能性が上がったという理論を支持する。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
本課題の後半に向け、着実に必要な情報科学的、分子生物学的ツールの作成が進んでいるため。
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| Strategy for Future Research Activity |
異質倍数体の発現パターンやゲノムワイド多型パターンを2倍体親種と比較し、異質倍数体種分化の長所・短所の解明を進めていく。さらに4倍体で開発した手法を拡張し、3つの2倍体種が融合した6倍体パンコムギの倍数体種分化を解析する。さらに、領域内共同研究として高山班・土松班・東山班の金岡博士らと、倍数体種分化に伴う自家和合性の進化、自殖シンドロームの分子的基盤、生殖隔離機構、倍数体の環境耐性などの解析をすすめていく。
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[Journal Article] Multiple hybrid de novo genome assembly of finger millet, an orphan allotetraploid crop2017
Author(s)
Hatakeyama M, Aluri S, Balachadran M, Sivarajan S R, Patrignani Andrea、Gr?ter Simon、Poveda Lucy、Shimizu-Inatsugi Rie、Baeten John、Francoijs Kees-Jan、Nataraja Karaba N、Reddy Yellodu AN, Phadnis S, Ravikumar RL, Schlapbach R, Sreeman SM, Shimizu KK
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Journal Title
DNA Research
Volume: 25
Pages: 39～47
DOI
Peer Reviewed / Int'l Joint Research
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[Journal Article] The population genomic signature of environmental association and gene flow in an ecologically divergent tree species Metrosideros polymorpha (Myrtaceae).2017
Author(s)
Izuno A, Kitayama K, Onoda Y, Tsujii Y, Hatakeyama M, Nagano AJ, Honjo MN, Shimizu-Inatsugi R, Kudoh H, Shimizu KK, Isagi Y
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Journal Title
Mol Ecol
Volume: 26
Pages: 1515-1532
Peer Reviewed / Int'l Joint Research
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[Presentation] Identification of a gene controlling pollen number by a GWAS and CRISPR mutants2017
Author(s)
Kakui H., Tsuchimatsu T., Yamazaki M., Marona C., Tsutsui H., Hedhly A., Meng D., Sato Y., Stadler T., Grossniklaus U., Kanaoka M., Lenhard M., Nordborg M., Shimizu K
Organizer
Symposium on “Detecting the Genomic Signal of Polygenic Adaptation and the Role of Epistasis in Evolution”
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[Presentation] Multiple hybrid de novo genome assembly of finger millet2017
Author(s)
Hatakeyama M., Aluri S., Patrignani A., Grter S., Poveda L., Schlapbach R., Shimizu-Inatsugi R., Shimizu K.K., Baeten J.B., Francoijs K.-J., Balachadran M.T., Sivarajan SR, Nataraja K.N., Ravikumar R.L., Reddy Y.A.N., Sreeman SM
Organizer
Zurich-Basel Plant Science Center PSC symposium
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