2019 Fiscal Year Annual Research Report

Genome-wide model to regulate the wide diversity of fruit shape in persimmon

Research Project

Project/Area Number	18H02199
Research Institution	Okayama University
Principal Investigator	赤木剛士岡山大学, 環境生命科学研究科, 准教授 (50611919)
Project Period (FY)	2018-04-01 – 2022-03-31
Keywords	GWAS / 倍数体 / ゲノム進化 / 果樹 / カキ / 果実形 / 成熟期
Outline of Annual Research Achievements	カキ品種192品種およびカキ属近縁野生種3種に対して、ddRAD-Seqベースの全ゲノムジェノタイピングを行った。栽培ガキは同質六倍体であるため、遺伝子型決定に倍数体用の基準を設け、二値および量的遺伝子型を決定した。このデータをもとに集団遺伝学的視点からPCAやSTRUCTUREなどを用いた集団構造解析・野生種-栽培種間の遺伝子流入の検定を行い、同時に、果実成熟期およびフーリエ記述子の主成分得点によって表現した果実形値と連関した遺伝子座を同定するための二値ジェノタイプを用いたrrBRUPによるGWAS解析、および量値ジェノタイプを用いたピアソン線形相関解析を行った。カキ品種群において、遺伝子型に関して二値・量値間での集団構造解析の結果に大きな差異はなかった。品種群の分化に顕著な構造化は見られなかったが、完全甘ガキ品種群に共通した遺伝的要因が潜在している可能性が示唆され、単一のクラスターを形成していた。得られた集団構造データによる補正の元、二値ジェノタイプによるGWAS解析を行った結果、果実縦形および成熟期に関して有意に連関する遺伝子座が得られた。さらに、量値ジェノタイプと果実形値間における線形相関解析より、GWAS解析とは独立したピークが得られ、これはアレルの量依存的に果実縦形に関与する遺伝子座であることが示唆された。このようなアレル量依存形質は倍数体に特異な特徴であり、カキ属の進化において、六倍体の栽培ガキが特異的に有する果実形多様性の獲得に寄与する因子である可能性が考えられた。
Current Status of Research Progress	Current Status of Research Progress 2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned. Reason ゲノムワイドジェノタイピングを当初予定していた品種数において取得することができ、基礎的な知見となる集団構造の把握および目的形質である果実形や果実成熟期とのGWAS解析が完了した。個々の品種におけるフェノタイピングに課題を残しており、果実形に関してのフーリエ記述子主成分展開を除いては、全てレガシーデータに依存している状況であるため、この点における改善（実際的な測定）が望ましく、今後の研究計画に含んでいる。トランスクリプトーム解析とゲノムデータの融合的解析については、計画段階であり、今後の研究方針に含むように、果実形制御にかかわる共発現ネットワーク解析をGWASと組み合わせる計画を実行に移したい。
Strategy for Future Research Activity	これまでの研究結果において、遺伝学的基礎情報となる多様なカキ品種における果実形の決定遺伝子座候補の同定に成功しているため、これらのさらなる絞り込みと機能の推定、またトランスクリプトームデータとの統合を行っていく予定である。 GWAS解析で得られた連関ゲノム領域周辺において、exome解析によって存在する全遺伝子領域におけるジェノタイプを決定し、関連遺伝子の候補を抽出する。さらに同定されたゲノム領域に共発現ネットワークデータに反映させ、関連遺伝子座間の潜在的な制御関係性を示すことができるCAMOCOを導入する。すでにカキ品種における果実形制御ネットワークは一部明らかにされており（Maeda et al. 2019) 同様のデータを共発現データとして使用する予定である。また、新たな実験系として、ゲノムワイドな進化速度の検出によって、栽培ガキの成立に関して特異的なtrans機能を得た遺伝子群および、野生種を含む果実のトランスクリプトーム群の比較によって栽培ガキの成立以後に獲得された特異な発現因子および制御系の同定を目指す。