シャジクモ藻類の比較ゲノムと遺伝子機能解析から探る植物の多細胞体制進化

2016 Fiscal Year Research-status Report

• Project/Area Number: 15K07185
• Research Institution: Kobe University
• Principal Investigator: 坂山 英俊 神戸大学, 理学研究科, 准教授 (60391108)
• Project Period (FY): 2015-04-01 – 2018-03-31
• Keywords: 進化 / 比較ゲノム / シャジクモ藻類 / ストレプト植物 / 多細胞体制

Outline of Annual Research Achievements

平成28年度は、シャジクモ、オーストラリアシャジクモ、クレブソルミディウムについて、前年度に抽出した発生段階/器官/細胞別のRNA(各３検体)を用い、次世代シーケンサー（Illumina）を用いたRNA-seq解析を実施した。シャジクモのシーケンスデータについては、概要ゲノムにマッピングし、遺伝子発現量の定量を行い、発生遺伝子の発現プロファイルを明らかにした。その結果、シャジクモの生殖器官形成過程や接合子（２倍体）に特徴的な発現パターンをもつ遺伝子を絞り込むことができた。また、国内外の研究機関との共同研究を実施し、特定の遺伝子についてリアルタイムPCR法、in situ ハイブリダイゼーション法等により発現解析を行い、遺伝子の進化過程について解析を進めた。さらに本研究で明らかになった遺伝子の発現情報をもとに恒常的に高い発現を示すネイティブな遺伝子のプロモーターを単離し、GFPまたはGUS (β-グルクロニダーゼをコードする遺伝子) を発現マーカーとした外来遺伝子を発現させるコンストラクトを作製し、シャジクモにおけるマイクロインジェクション法等を用いた一過的な遺伝子導入系の検討を進めた。また、形質転換体の薬剤選抜を可能にするため、ハイグロマイシン、ゼオシン等の抗生物質を2μg/mL～50μg/mLの範囲で添加した培地にシャジクモを植え、２週間培養し、生育不全を示す抗生物質の最小濃度を明らかにした。オーストラリアシャジクモ、クレブソルミディウムのシーケンスデータについては、トランスクリプトームまたはゲノムデータへのマッピングと遺伝子発現量の定量を進めている。

Current Status of Research Progress

2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.

Reason

当初予定していたサンプルについて、RNA-seq解析によりシーケンシングデータを得ることができ、遺伝子発現量の定量を進めており、シャジクモについて生殖器官形成過程や接合子（２倍体）に特徴的な発現パターンをもつ遺伝子を絞り込むことができた。また、遺伝子機能解析に向けた遺伝子導入系の検討、in situ ハイブリダイゼーション法による発現解析を進めており、おおむね順調であると考えている。

Strategy for Future Research Activity

今後は、RNA-seq 解析から得られたデータの解析を進めるとともに、シャジクモの生殖器官形成等に焦点を絞り、関連する遺伝子の特定とその機能解析に向けた実験系の確立を進めていく予定である。

Causes of Carryover

微量RNAサンプルの解析を次年度に実施する可能性があるため。

Expenditure Plan for Carryover Budget

トランスクリプトーム解析、遺伝子機能解析、情報解析に使用する予定である。

Research Products

• [Int'l Joint Research] University of Oxford(英国)
  • Country Name: UNITED KINGDOM
  • Counterpart Institution: University of Oxford
• [Int'l Joint Research] Gregor Mendel Institute(オーストリア)
  • Country Name: AUSTRIA
  • Counterpart Institution: Gregor Mendel Institute
• [Int'l Joint Research] University of Wollongong(オーストラリア)
  • Country Name: AUSTRALIA
  • Counterpart Institution: University of Wollongong
• [Int'l Joint Research] University of Marburg(ドイツ)
  • Country Name: GERMANY
  • Counterpart Institution: University of Marburg
• [Int'l Joint Research] University at Buffalo(米国)
  • Country Name: U.S.A.
  • Counterpart Institution: University at Buffalo
• [Journal Article] Loss of heterophylly in aquatic plants: not ABA-mediated stress but exogenous ABA treatment induces stomatal leaves in Potamogeton perfoliatus (2016)
  • Author(s): Iida, S., Ikeda, M., Amano, M., Sakayama, H., Kadono, Y. and Kosuge, K.
  • Journal Title: Journal of Plant Research Volume: 129 Pages: 853-862
  • DOI: DOI 10.1007/s10265-016-0844-x
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Diversification of a transcription factor family led to the evolution of antagonistically acting genetic regulators of root hair growth (2016)
  • Author(s): Breuninger, H., Thamm, A., Streubel, S., Sakayama, H., Nishiyama, T. and Dolan, L.
  • Journal Title: Current Biology Volume: 26 Pages: 1622-1628
  • DOI: DOI: 10.1016/j.cub.2016.04.060
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Next-generation sequencing of an 88-year-old specimen of the poorly known species Liagora japonica (Nemaliales, Rhodophyta) supports the recognition of Otohimella gen. nov. (2016)
  • Author(s): Suzuki, M., Segawa, T., Mori, H., Akiyoshi, A., Ootsuki, R., Kurihara, A., Sakayama, H., Kitayama, T., Abe, T., Kogame, K., Kawai, H. and Nozaki, H.
  • Journal Title: PLOS ONE Volume: 11 Pages: e0158944
  • DOI: https://doi.org/10.1371/journal.pone.0158944
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] An adenylyl cyclase with a phosphodiesterase domain in basal plants with a motile sperm system (2016)
  • Author(s): Kasahara, M., Suetsugu, N., Urano, Y., Yamamoto, C., Ohmori, M., Takada, Y., Okuda, S., Nishiyama, T., Sakayama, H., Kohchi, T. and Takahashi, F.
  • Journal Title: Scientific Reports Volume: 6 Pages: 39232
  • DOI: doi:10.1038/srep39232
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Presentation] シャジクモの生態型の進化に関する研究 (2017)
  • Author(s): 坂山英俊・宮田大輔・加藤 将・西山智明
  • Organizer: 日本藻類学会第41回大会
  • Place of Presentation: 高知大学（高知）
  • Year and Date: 2017-03-25
• [Presentation] 富士五湖における最近の車軸藻類の分布状況 (2017)
  • Author(s): 上嶋崇嗣・中村誠司・加藤 将・坂山英俊・芹澤(松山)和世・芹澤如比古
  • Organizer: 日本藻類学会第41回大会
  • Place of Presentation: 高知大学（高知）
  • Year and Date: 2017-03-24
• [Presentation] 分離集団の薄いショットガンシーケンシングによるシャジクモ遺伝学的地図の構築 (2017)
  • Author(s): 西山智明・鎌田寛彬・宮田大輔・山口勝司・重信秀治・坂山英俊・笠原雅弘
  • Organizer: 第58回日本植物生理学会年会
  • Place of Presentation: 鹿児島大学（鹿児島）
  • Year and Date: 2017-03-16
• [Presentation] 精子を持つ植物で見つかったアデニル酸シクラーゼ (2017)
  • Author(s): 笠原賢洋・末次憲之・浦野裕貴・山本千愛・大森未樹矢・高田侑季・奥田修二郎・西山智明・坂山英俊・河内 孝之・高橋文雄
  • Organizer: 第58回日本植物生理学会年会
  • Place of Presentation: 鹿児島大学（鹿児島）
  • Year and Date: 2017-03-16
• [Presentation] De novo sequencing of Chara braunii genome and construction of genetic map (2017)
  • Author(s): Nishiyama, T., Kamada, H., Miyata, D., Kasahara, M. and Sakayama, H.
  • Organizer: Advanced Genome Science International Symposium, The Start of New Genomics
  • Place of Presentation: 伊藤国際学術研究センター（東京）
  • Year and Date: 2017-01-10 – 2017-01-11
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] シャジクモの生殖器官のトランスクリプ トーム解析 (2016)
  • Author(s): 西山智明・坂山英俊
  • Organizer: 日本植物学会第80回大会
  • Place of Presentation: 沖縄コンベンションセンター（沖縄）
  • Year and Date: 2016-09-16
  • Invited
• [Presentation] シャジクモの発生遺伝子の発現プロファイリングに関する研究 (2016)
  • Author(s): 渡邊みゆき・西山智明・鈴木 穣・坂山英俊
  • Organizer: 日本植物学会第80回大会
  • Place of Presentation: 沖縄コンベンションセンター（沖縄）
  • Year and Date: 2016-09-16
• [Presentation] 速度改変型ミオシン XI 導入による単子葉植物ブラキポ ディウムの成長促進 (2016)
  • Author(s): 原口武士・木下佳菜・玉那覇正典・坂山英俊・西山智明・富永基樹・伊藤光二
  • Organizer: 日本植物学会第80回大会
  • Place of Presentation: 沖縄コンベンションセンター（沖縄）
  • Year and Date: 2016-09-16
• [Presentation] 生物界最速ミオシンである Chara braunii (シャジクモ)のミオシンXIの機能解析 (2016)
  • Author(s): 玉那覇正典・原口武士・木下佳菜1・坂山英俊・西山智明・富永基樹・伊藤光二
  • Organizer: 日本植物学会第80回大会
  • Place of Presentation: 沖縄コンベンションセンター（沖縄）
  • Year and Date: 2016-09-16
• [Presentation] 藻類・陸上植物の細胞壁空間に ROS を産生する酵素 Rboh の分子進化 (2016)
  • Author(s): 板橋武・橋本研志・坂山英俊・西山智明・北畑信隆・Bonnot Clemence・Hetherington Sandy・Dolan Liam・朽津和幸
  • Organizer: 日本植物学会第80回大会
  • Place of Presentation: 沖縄コンベンションセンター（沖縄）
  • Year and Date: 2016-09-16
• [Presentation] Genome and transcriptome of charophytes (2016)
  • Author(s): Sakayama, H. & Nishiyama, T.
  • Organizer: 7th International Research Group on Charophytes Symposium
  • Place of Presentation: Astana, Kazakhstan
  • Year and Date: 2016-08-31 – 2016-09-02
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Charophytes, origin of land plants and terminology (2016)
  • Author(s): Garcia, A. & Sakayama, H.
  • Organizer: 7th International Research Group on Charophytes Symposium
  • Place of Presentation: Astana, Kazakhstan
  • Year and Date: 2016-08-31 – 2016-09-02
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Genomes of bryophytes and charophyceans (2016)
  • Author(s): Nishiyama, T., Sakayama, H, & Sakakibara, K.
  • Organizer: ICAR 2016 International Conference on Arabidopsis Research
  • Place of Presentation: Gyeongju, Korea
  • Year and Date: 2016-06-29 – 2016-07-03
  • Int'l Joint Research / Invited
• [Presentation] Evolutionary analyses on ecological differentiation of a cosmopolitan freshwater alga Chara braunii (Charales, Streptophyta) (2016)
  • Author(s): Sakayama, H., Miyata, D., Kato, S. & Nishiyama, T.
  • Organizer: EMBO Workshop, New model systems for early land plant evolution
  • Place of Presentation: Vienna, Austria
  • Year and Date: 2016-06-22 – 2016-06-24
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Genome sequencing charophyceans, liverworts, and hornworts: making model systems (2016)
  • Author(s): Nishiyama, T., Sakayama, H, Sakakibara, K, et al.
  • Organizer: EMBO Workshop, New model systems for early land plant evolution
  • Place of Presentation: Vienna, Austria
  • Year and Date: 2016-06-22 – 2016-06-24
  • Int'l Joint Research / Invited