Mechanisms of carnivory evolution

• Project Area: Evolutionary theory for constrained and directional diversities
• Project/Area Number: 17H06390
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research on Innovative Areas (Research in a proposed research area)
• Allocation Type: Single-year Grants
• Review Section: Biological Sciences
• Research Institution: National Institute for Basic Biology
• Principal Investigator: 長谷部 光泰 基礎生物学研究所, 生物進化研究部門, 教授 (40237996)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 瀬上 紹嗣 基礎生物学研究所, 生物進化研究部門, 助教 (00765935)
• Project Period (FY): 2017-06-30 – 2022-03-31
• Project Status: Discontinued (Fiscal Year 2021)
• Budget Amount: ¥146,770,000 (Direct Cost: ¥112,900,000、Indirect Cost: ¥33,870,000); Fiscal Year 2021: ¥27,950,000 (Direct Cost: ¥21,500,000、Indirect Cost: ¥6,450,000); Fiscal Year 2020: ¥30,030,000 (Direct Cost: ¥23,100,000、Indirect Cost: ¥6,930,000); Fiscal Year 2019: ¥31,980,000 (Direct Cost: ¥24,600,000、Indirect Cost: ¥7,380,000); Fiscal Year 2018: ¥34,970,000 (Direct Cost: ¥26,900,000、Indirect Cost: ¥8,070,000); Fiscal Year 2017: ¥21,840,000 (Direct Cost: ¥16,800,000、Indirect Cost: ¥5,040,000)
• Keywords: 食虫植物 / フクロユキノシタ / 食虫性 / 進化 / モウセンゴケ / ムジナモ / 植物運動 / ハエトリソウ / オジギソウ / 発生進化

Outline of Annual Research Achievements

［課題１．食虫性関連遺伝子の特定］フクロユキノシタを用いて、昨年度に残ったシングルセルトランスクリプトーム解析を完了し、捕虫葉形成に関わる因子候補を特定できた。In situ ハイブリダイゼーションを行って、裏側領域を規定し、Morphoelasticity理論に基づいたWhitewood et al. (2010)のモデルを用いて、袋状形態ができるかシミュレーションしたところ、袋状形態ができないことがわかった。一方、捕虫葉では、葉原基が窪む直前に、葉の裏側が表側よりも伸長すること、捕虫葉原基中央付近でサイトカイニン分解酵素が発現していることがわかったので、両者を取り込んだモデルを考え、シミュレーションしたところ、袋状構造ができる可能性があることがわかった。そこで、CRISPR/Cas9法によって、サイトカイニン分解酵素の遺伝子破壊体の作成を試み、成功した。また、オーキシンセンサーライン、サイトカイニンセンサーラインの作成を試み、成功した。これらのデータを統合して、論文作成を開始した。モウセンゴケとムジナモのシングルセルトランスクリプトーム解析を行った。
［課題２．環境摂動による遺伝子発現応答の解析］フクロユキノシタにおいて、異なる光条件（24時間連続明、16時間明8時間暗、8時間明16時間暗）、培養温度（15度C、25度C）、栄養分である窒素濃度を変えた条件、サイトカイニン投与、エチレン前駆体投与などのRNA-seqを完了し、食虫性関連遺伝子の発現応答ゆらぎを解析した。
［課題３．温度感受に関わるクロマチン動態の解析］Palfalviを中心に食虫性関連遺伝子が共通のエピジェネティック制御を獲得して進化した可能性を検証するため、ATAC-seq解析を行った。

Research Progress Status

令和3年度が最終年度であるため、記入しない。

Strategy for Future Research Activity

令和3年度が最終年度であるため、記入しない。

Research Products

• [Int'l Joint Research] ビュルツブルグ大学(ドイツ)
• [Int'l Joint Research] Wurzburg大学(ドイツ)
• [Int'l Joint Research] Wurzburg大学/Leibniz大学(ドイツ)
• [Int'l Joint Research] Czech Academy of Science(チェコ)
• [Int'l Joint Research] Wuerzburg University(ドイツ)
• [Int'l Joint Research] Max Plank Institute for Chemical Ecology(ドイツ)
• [Journal Article] A discordance of seasonally covarying cues uncovers misregulated phenotypes in the heterophyllous pitcher plant Cephalotus follicularis (2021)
  • Author(s): Kenji Fukushima、Hideki Narukawa、Gergo Palfalvi、Mitsuyasu Hasebe
  • Journal Title: Proceedings of the Royal Society B: Biological Sciences Volume: 288 Issue: 1943 Pages: 2568-2568
  • DOI: 10.1098/rspb.2020.2568
  • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Rapid movements in plants (2021)
  • Author(s): Mano Hiroaki、Hasebe Mitsuyasu
  • Journal Title: Journal of Plant Research Volume: 134 Issue: 1 Pages: 3-17
  • DOI: 10.1007/s10265-020-01243-7
  • NAID: 40022469651
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Calcium dynamics during trap closure visualized in transgenic Venus flytrap (2020)
  • Author(s): Suda Hiraku、Mano Hiroaki、Toyota Masatsugu、Fukushima Kenji、Mimura Tetsuro、Tsutsui Izuo、Hedrich Rainer、Tamada Yosuke、Hasebe Mitsuyasu
  • Journal Title: Nature Plants Volume: 6 Issue: 10 Pages: 1219-1224
  • DOI: 10.1038/s41477-020-00773-1
  • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Genomes of the Venus Flytrap and close relatives unveil the roots of plant carnivory (2020)
  • Author(s): Palfalvi G, Hackl T, Terhoeven N, Shibata TF, Nishiyama T, Ankenbrand M, Becker D, Foerster F, Freund M, Iosip A, Kreuzer I, Saul F, Kamida C, Fukushima K, Shigenobu S, Tamada Y, Adamec L, Hoshi Y, Ueda K, Winkelmann T, Fuchs J, Schubert I, Schwacke R, Al-Rasheid K, Schultz J, Hasebe M, Hedrich R
  • Journal Title: Current Biology Volume: in press Issue: 12 Pages: 2312-2320
  • DOI: 10.1016/j.cub.2020.04.051
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Coprophagous features in carnivorous Nepenthes plants: a task for ureases (2017)
  • Author(s): Yilamujiang Ayufu、Zhu Anting、Ligabue-Braun Rodrigo、Bartram Stefan、Witte Claus-Peter、Hedrich Rainer、Hasabe Mitsuyasu、Schner Caroline R.、Schner Michael G.、Kerth Gerald、Carlini Clia R.、Mithfer Axel
  • Journal Title: Scientific Reports Volume: 7 Issue: 1 Pages: 11647-11647
  • DOI: 10.1038/s41598-017-11999-z
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Presentation] Calcium ion mediated memory system in the carnivorous plant Dionaea muscipula (2019)
  • Author(s): Hiraku Suda, Mitsuyasu Hasebe
  • Organizer: 第61回日本植物生理学会年会
• [Presentation] Evolution of Carnivory and movement in Plants (2019)
  • Author(s): Mitsuyasu Hasebe
  • Organizer: Japan Taiwan Plant Biology 2019, Nagoya, Japan
  • Int'l Joint Research / Invited
• [Presentation] Comparative analysis of pitcher and flat leaf development in the carnivorous plant Cephalotus follicularis (2019)
  • Author(s): Hideki Narukawa, Gergo Palfalvi, and Mitsuyasu Hasebe
  • Organizer: 第60回日本植物生理学会年会
• [Presentation] Evolution of Plant Carnivory and Movement (2018)
  • Author(s): Mitsuyasu Hasebe
  • Organizer: Naito Conference, Sapporo, Japan
  • Int'l Joint Research / Invited
• [Presentation] Evolution of Plant Carnivory and Movement (2018)
  • Author(s): Mitsuyasu Hasebe
  • Organizer: Annual Meeting of the Society of Molecular Biology, Yokohama, Japan
  • Int'l Joint Research / Invited
• [Presentation] ハエトリソウの記憶機構解明に向けたカルシウムイオン動態観察 (2018)
  • Author(s): 須田啓，福島健児，真野弘明，豊田正嗣，玉田洋介，長谷部光泰
  • Organizer: 第59回日本植物生理学会年会
• [Presentation] Evolution of movement and carnivory in flowering plants (2017)
  • Author(s): 長谷部光泰
  • Organizer: the 29th Center of Developmental Biology Meeting “Mavericks, New Models in Developmental Biology”
  • Int'l Joint Research / Invited
• [Presentation] Genome biology to understand the evolution of carnivory and movement in plants (2017)
  • Author(s): 長谷部光泰
  • Organizer: 2017 International Symposium on Evolutionary Genomics and Bioinformatics, Tzu Chi University, Huaren, Taiwan
  • Int'l Joint Research / Invited
• [Presentation] Effects of Cellular Changes to the Evolution of Land Plant Development and Life Cycle (2017)
  • Author(s): 長谷部光泰
  • Organizer: the 65th NIBB Conference and Marchantia Workshop 2017, NIBB, Okazaki, Japan
  • Int'l Joint Research / Invited
• [Remarks] 研究室web site
  • URL: http://www.nibb.ac.jp/evodevo
• [Remarks] 研究室web site
  • URL: http://www.nibb.ac.jp/evodevo/
• [Remarks] 研究室webぺージ
  • URL: http://www.nibb.ac.jp/evodevo
• [Remarks] 研究室ホームページ
  • URL: http://www.nibb.ac.jp/evodevo