Identification of genomic regions associated with prezygotic reproductive isolation in Asteraceae species

2020 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 18K14778
• Research Institution: Kyoto University
• Principal Investigator: 阪口 翔太 京都大学, 地球環境学堂, 助教 (50726809)
• Project Period (FY): 2018-04-01 – 2021-03-31
• Keywords: 生態的種分化 / 生殖隔離 / キク科 / 開花期 / ゲノム

Outline of Annual Research Achievements

生態的種分化の過程で分岐選択が繁殖期に働いた場合，異なる集団間での交配機会が減少し生殖隔離が進行する．植物では開花期のずれを伴う種分化が頻繁に観察される．ゆえに，開花期の集団間変異の遺伝的基盤とその進化動態を解明することが，植物の生態的種分化過程の理解において重要である．
キク科植物・アキノキリンソウは北海道で多様な時期に開花するエコタイプを形成し，秋に開花する一般型のほかに，６月下旬－８月上旬に開花する早咲き型が蛇紋岩地帯と高山帯に分布する．この早咲き性は蛇紋岩地と高山という異なる環境で平行選択され，それぞれの局所集団の分化に関わっている．本研究では，これら３エコタイプの全ゲノム解析を行うことで，早咲き性をもたらした遺伝的変異を特定し，それらが蛇紋岩地帯と高山帯で共有される変異なのか，それとも個別に生じた変異なのかを検証することを目的とした．
３つのエコタイプについて全ゲノムシークエンスを行い，蛇紋岩型と一般型の集団ペアで顕著な分化を示すゲノム領域を抽出した．その結果，あるペアでは開花遺伝子ネットワーク統合部の遺伝子の上流部に約300bpの欠損が見つかった．同じペアを対象に開花遺伝子の時系列発現をRNAseqで解析したところ，統合部以降のネットワーク上にある遺伝子で発現に時間差が生じていた．このため，当該遺伝子の発現調節領域に生じた変異によって，蛇紋岩型の早咲き性が進化した可能性が考えられた．一方で高山型と一般型のゲノム比較では，アウトライヤーとして開花遺伝子が抽出されず，高山帯での早咲き性に関連した遺伝子の特定には至らなかった．しかし，早咲きの蛇紋岩型で選択されていると考えられる変異は高山型には見つからず，その遺伝子周辺の分化度も低く保たれていた．このことから，高山型では蛇紋岩型とは異なる開花遺伝子に変異が生じた結果，早期開花性が平行進化したと考えられた．

Research Products

• [Presentation] 全ゲノム分析によるアキノキリンソウ土壌生態型の隔離遺伝子の特定 (2021)
  • Author(s): 阪口翔太, 堀江健二, 石川直子, 重信秀治, 山口勝司, 長谷部光泰, 三木綾乃, 瀬戸口浩彰, 永野惇, 久保田渉誠, 倉島治, 福島慶太郎, 陶山佳久, 廣田峻, 牧雅之, 木村拓真, 喜屋武隆太, 伊藤元己
  • Organizer: 日本生態学会
• [Presentation] アキノキリンソウの平行的な渓流適応における形質の収斂と分化 (2021)
  • Author(s): 阪口翔太, 阿部篤志 , 長澤耕樹 , 髙橋大樹 , 瀬戸口浩彰, 牧雅之, 喜屋武隆太, 西野貴子, 石川直子, 廣田 峻, 陶山佳久, 伊藤元己
  • Organizer: 日本植物分類学会