東アジアを中心としたシャジクモの分布様式と多様性の成立過程解明と適応遺伝子の探索

2016 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 16H05764
• Research Institution: Kobe University
• Principal Investigator: 坂山 英俊 神戸大学, 理学研究科, 准教授 (60391108)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 西山 智明 金沢大学, 学際科学実験センター, 助教 (50390688) ; 土松 隆志 千葉大学, 大学院理学研究科, 准教授 (60740107)
• Project Period (FY): 2016-04-01 – 2020-03-31
• Keywords: 進化 / 生物多様性 / 藻類 / シャジクモ / ゲノム / 生態型

Outline of Annual Research Achievements

シャジクモ（Chara braunii）は体長が5～20cm程度の比較的大型の淡水藻類である。藻体は主軸に枝が輪生する構造を持ち、この輪生枝の節部に生殖器官が形成される。藻体が成熟すると造精器から精子が放出され、生卵器内の卵細胞との受精が行われると卵胞子（接合子）が形成される。シャジクモは南極大陸を除く世界各地に分布し、地域変異が多く、様々な水環境に生育している。シャジクモの種内系統に関する研究は主に日本の材料を用いた研究しか行われておらず、現在の分布様式の成立過程と地域変異/生態的多型の進化過程は明らかにされていない。
平成28年度は、新たに国内外の多様な生育環境から多数の個体を採集し、単藻培養株を確立し、葉緑体DNA（rbcL遺伝子、atpB-rbcL遺伝子間領域）に基づく分子系統解析と同一培養条件下での表現型解析を実施した。また、我々の先行研究によってゲノム配列が明らかになっている生態型/系統の異なる2系統（主に水田に生育する集団に属する個体と主に湖沼に生育する集団に属する個体）を用いて交配実験を行い、得られた外交配個体の表現型解析と遺伝的多型解析を実施した。海外の集団（タイ、オーストラリア等）を含めた分子系統解析の結果、日本のシャジクモは単系統群を形成し、海外の集団とは系統的に離れていた。また、複数系統を用いた表現型解析の結果、主軸の量的形質と生態型/系統の違いに相関がある可能性が示唆された。一方、異なる系統間（水田型系統、湖沼型系統）の交配実験の結果、片方の親株に類似した形態的形質を持つ個体、両親の中間の形態的形質を持つ個体等、様々な形態的形質を持つ外交配系統が得られた。

Current Status of Research Progress

3: Progress in research has been slightly delayed.

Reason

サンプル収集の難しさから、遺伝的多型解析の進行がやや遅れている。しかし、単藻培養株を確立できた複数の系統に関しては、同一培養条件下での表現型解析を行い、主軸の量的形質と生態型/系統の違いに相関がある可能性が示唆された。

Strategy for Future Research Activity

今後は、最新のシャジクモの生育分布情報を収集するように努め、様々な淡水環境に生育する多くの個体の採集を進め、単藻培養株の確立、表現型解析、遺伝的多型解析を実施していく予定である。

Research Products

• [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] Gregor Mendel Institute(オーストリア)
  • Country Name: AUSTRIA
  • Counterpart Institution: Gregor Mendel Institute
• [Int'l Joint Research] Khon Kaen University(タイ)
  • Country Name: THAILAND
  • Counterpart Institution: Khon Kaen University
• [Int'l Joint Research] Chinese Academy of Sciences(中国)
  • Country Name: CHINA
  • Counterpart Institution: Chinese Academy of Sciences
• [Int'l Joint Research] L.N.Gumilyov ENU(カザフスタン)
  • Country Name: KAZAKHSTAN
  • Counterpart Institution: L.N.Gumilyov ENU
• [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