2018 Fiscal Year Annual Research Report
気候変動の影響緩和を目指した北方針葉樹の環境適応ゲノミクス
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16H02554
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| Research Institution | The University of Tokyo |
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Principal Investigator |
後藤 晋 東京大学, 大学院農学生命科学研究科(農学部), 准教授 (60323474)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
北村 系子 国立研究開発法人森林研究・整備機構, 森林総合研究所, 主任研究員 等 (00343814)
内山 憲太郎 国立研究開発法人森林研究・整備機構, 森林総合研究所, 主任研究員 等 (40501937)
久本 洋子 東京大学, 大学院農学生命科学研究科(農学部), 助教 (60586014)
津山 幾太郎 国立研究開発法人森林研究・整備機構, 森林総合研究所, 主任研究員 等 (80725648)
石塚 航 地方独立行政法人北海道立総合研究機構, 森林研究本部 林業試験場, 研究主任 (80739508)
種子田 春彦 東京大学, 大学院理学系研究科(理学部), 助教 (90403112)
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| Project Period (FY) |
2016-04-01 – 2020-03-31
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| Keywords | ランダムフォーレスト / 成長予測 / ベイジアンラッソ回帰 / 光合成特性 / EST-SNP / EST-SSR / クライン / カロチノイド |
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| Outline of Annual Research Achievements |
1）植栽適地モデルの構築：10年次までの生存・成長に産地と植栽地が及ぼす要因として、階層ベイズもしくは回帰木を用いた手法で、植栽適地モデルを構築した。10年次の成長について、9産地についてMRF（多変量ランダムフォレスト）で解析できた。モデルを用いて現在の需給区分そのままにしたときの成長と最適化したときの成長の違いを地図化した結果、成長量が大きくなるというインパクトのある結果が得られた。
2）適応的遺伝変異に連鎖するSNPのアレイ作成：EST-SNP、EST-SSRを組み込んだ新たな連鎖地図を作成し、ベイジアンラッソ回帰による精度の高い連鎖解析を行う枠組みを構築できた。予備解析では、葉の縦横比、光合成パラメータなどに有意なQTLが検出された。また、2つの産地試験地から得られた形態形質とSNPデータを用いて、ゲノムワイド・アソシエーション解析を行い、適応的な遺伝変異を検出できた。
3）天然集団の適応的遺伝変異の解析：25集団×50個体、19のEST-SSRマーカーでオンライン論文として公表した。サンプル数、マーカー数としても十分でトドマツの遺伝変異の全貌を明らかにできた。東西の遺伝的多様性クラインが検出され、複数の遺伝子座で特異的なクラインが観察され、オンライン論文として公開できた（Kitamura et al. 2020)。
4）標高適応に関連する色素の抽出：標高別交雑試験地の4交配組合せ×3母樹×6個体=72個体を対象に、クロロフィルとカロチノイドが高山での光阻害回避に効いているかどうかを検証した。夏季と冬季にサンプリングを行い、カロチノイドの定量的解析を行った。カロチノイド（特に、キサントフィルサイクル；V, A, Z）は冬季の適応に関連すると想定したが、低標高地では産地間差がなかった。カロチノイド量は、夏に比べると冬の方が多く、産地間差に比べると季節間差が大きかった。
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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
植栽適地モデルの構築では10年次の成長について、9産地についてMRF（多変量ランダムフォレスト）で解析できた。モデルを用いて現在の需給区分そのままにしたときの成長と最適化したときの成長の違いを地図化した結果、成長が大きく改善されることが示唆された。これは、学術的な価値があるだけでなく、応用的にも大きなインパクトを持つ結果といえる。また、当初の計画になかった分離集団のイオノーム解析を行い、22元素のプロファイルを行うことができた。シュート伸長といくつかの元素の濃度に有意な正の関係があり、特に鉄イオン濃度が伸長量に正の関係があった。これらの情報を加えて、適応的変異を含むSNPアレイを作成する基盤が整った。また、3個体のトドマツ葉緑体全ゲノムのシーケンスを行うことができ、葉緑体マーカーを開発するベースを整えることができた。
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| Strategy for Future Research Activity |
・イオノームの結果、連鎖解析の結果を踏まえ、適応的変異を含むSNPアレイを構築し、北村が集団遺伝解析した個体の一部について適応的変異の分布を明らかにする。SNPアレイについては、48遺伝子のSNPをアレイ化できる。一度アレイをつくれば、2000個体をタイピングできる。そこで、集団遺伝論文で使ったサンプルについて、全サンプルをSNPアレイでタイピングし、集団遺伝学的解析を行う。
・標高適応に関連する色素の解析：標高別交雑試験地の4交配組合せ×3母樹×6個体=72個体を対象に、クロロフィルとカロチノイドが高山での光阻害回避に効いているかどうかを検証する。夏季と冬季にサンプリングを行い、カロチノイドの定量的解析を行い、季節間差と産地間差に関する論文としてまとめる。
・葉緑体ゲノム解析：3個体の完全長葉緑体ゲノム解読が完了している。既に、変異箇所なども整理済み。95箇所の変異サイト。結果はまとまっているので、論文として公開する予定である。
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