横断的ゲノム比較から俯瞰する両性花多様化の変遷

• Project Area: Genomic dynamics underlying the plastic hermaphroditism in plants: the basis of exploratory reproductive adaptations.
• Project/Area Number: 22H05181
• Research Category: Grant-in-Aid for Transformative Research Areas (A)
• Allocation Type: Single-year Grants
• Review Section: Transformative Research Areas, Section (III)
• Research Institution: Kazusa DNA Research Institute
• Principal Investigator: 白澤 健太 公益財団法人かずさDNA研究所, 先端研究開発部, 室長 (60527026)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 佐藤 光彦 公益財団法人かずさDNA研究所, 先端研究開発部, 研究員 (30783013)
• Project Period (FY): 2022-06-16 – 2027-03-31
• Project Status: Granted (Fiscal Year 2025)
• Budget Amount: ¥97,890,000 (Direct Cost: ¥75,300,000、Indirect Cost: ¥22,590,000); Fiscal Year 2025: ¥19,110,000 (Direct Cost: ¥14,700,000、Indirect Cost: ¥4,410,000); Fiscal Year 2024: ¥18,850,000 (Direct Cost: ¥14,500,000、Indirect Cost: ¥4,350,000); Fiscal Year 2023: ¥19,760,000 (Direct Cost: ¥15,200,000、Indirect Cost: ¥4,560,000); Fiscal Year 2022: ¥20,800,000 (Direct Cost: ¥16,000,000、Indirect Cost: ¥4,800,000)
• Keywords: ゲノム / 非モデル生物 / 非モデル植物

Outline of Research at the Start

被子植物の遺伝的多様性を維持する生殖システムは、両性花を起点として多彩な進化を遂げており、本領域でも扱う性決定や自家不和合性などの他殖性機構を独立して種ごとに成立させるだけでなく、そのシステム間における自由な往来を可能としている。本研究では、両性花の活用を巡る幅広い植物群全体をカバーする横断的ゲノム解読によって、植物の進化全体を俯瞰する視点からゲノム・エピゲノム動態変化を検出する。各生殖システムの成立・破壊と連動するゲノム・遺伝子の進化パターンを数理的に定義するとともに、頻繁な生殖システムの移行に関わる潜在的な共通性を検証する。

Outline of Annual Research Achievements

被子植物の遺伝的多様性を維持する生殖システムは、両性花を起点として多彩な進化を遂げており、本領域でも扱う性決定や自家不和合性などの他殖性機構を独立して種ごとに成立させるだけでなく、そのシステム間における自由な往来を可能としている。本計画研究班では、両性花の活用を巡る幅広い植物群全体をカバーする横断的ゲノム解読によって、植物の進化全体を俯瞰する視点からゲノム・エピゲノム動態変化を検出する。各生殖システムの成立・破壊と連動するゲノム・遺伝子の進化パターンを数理的に定義するとともに、頻繁な生殖システムの移行に関わる潜在的な共通性を検証する。
HiFiロングリード技術を利用して、染色体の端から端まで（テロメア・ツー・テロメア；T2T）を一続きで配列決定するT2T全ゲノム解読を、マツタケと異質四倍体であるタイヌビエで達成した。巨大なゲノムを持つ裸子植物（カラマツ、ヒノキ、スギ、およびコウヨウザン）ではゲノム解読結果を報告した。また、ザゼンソウの生存戦略に関する遺伝的多様性を明らかにした。さらに、ソバのゲノム解読から異形化不和合性に関する遺伝子を特定し、カタバミのゲノム解析からヒートアイランドへの急速な適応進化を初めて実証した。領域内共同研究として、赤木班、藤井班、伊藤班、榊原班、奥田班、清水班、井澤班と植物のゲノム解析を進めた。赤木班とはカキのゲノム解読を通して、果実や性別の進化を解明した。また、サクラやカタバミを題材としたアウトリーチ活動にも取り組んだ。

Current Status of Research Progress

2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.

Reason

両性花の活用を巡る幅広い植物群全体をカバーする横断的ゲノム解読を実施し、着実に成果を挙げている。ゲノム解読が及んでいない被子植物の基部群および複数の他殖性システムを有している目などの系統群を中心にしてPacBioHi-Fiロングリード技術やシングルセルゲノミクスの解析手法による高効率化を達成し、 テロメア・ツー・テロメアレベルでのde novoゲノム解読を目指す。

Strategy for Future Research Activity

ゲノム解読が及んでいない被子植物の基部群および複数の他殖性システムを有している目などの系統群を中心にしてPacBioHi-Fiロングリード技術やシングルセルゲノミクスの解析手法による高効率化を達成し、 テロメア・ツー・テロメアレベルでのde novoゲノム解読を目指す。

Research Products

• [Journal Article] Telomere-to-telomere genome assembly of matsutake (<i>Tricholoma matsutake</i>) (2023)
  • Author(s): Kurokochi Hiroyuki、Tajima Naoyuki、Sato Mitsuhiko P、Yoshitake Kazutoshi、Asakawa Shuichi、Isobe Sachiko、Shirasawa Kenta
  • Journal Title: DNA Research Volume: 30 Issue: 3 Pages: 1-6
  • DOI: 10.1093/dnares/dsad006
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Telomere-to-telomere genome assembly of an allotetraploid pernicious weed, <i>Echinochloa phyllopogon</i> (2023)
  • Author(s): Sato Mitsuhiko P、Iwakami Satoshi、Fukunishi Kanade、Sugiura Kai、Yasuda Kentaro、Isobe Sachiko、Shirasawa Kenta
  • Journal Title: DNA Research Volume: 30 Issue: 5 Pages: 1-10
  • DOI: 10.1093/dnares/dsad023
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Haplotype-resolved <i>de novo</i> genome assemblies of four coniferous tree species (2023)
  • Author(s): Shirasawa Kenta、Mishima Kentaro、Hirakawa Hideki、Hirao Tomonori、Tsubomura Miyoko、Nagano Soichiro、Iki Taiichi、Isobe Sachiko、Takahashi Makoto
  • Journal Title: Journal of Forest Research Volume: 29 Issue: 2 Pages: 151-157
  • DOI: 10.1080/13416979.2023.2267304
• [Journal Article] Potential contribution of floral thermogenesis to cold adaptation, distribution pattern, and population structure of thermogenic and non/slightly thermogenic <i>Symplocarpus</i> species (2023)
  • Author(s): Sato Mitsuhiko P.、Matsuo Ayumi、Otsuka Koichi、Takano Kohei Takenaka、Maki Masayuki、Okano Kunihiro、Suyama Yoshihisa、Ito‐Inaba Yasuko
  • Journal Title: Ecology and Evolution Volume: 13 Issue: 7
  • DOI: 10.1002/ece3.10319
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Genome sequencing reveals the genetic architecture of heterostyly and domestication history of common buckwheat (2023)
  • Author(s): Fawcett JA, Takeshima R, Kikuchi S, Yazaki E, Katsube-Tanaka T, Dong Y, Li M, Hunt HV, Jones MK, Lister DL, Ohsako T, Ogiso-Tanaka E, Fujii K, Hara T, Matsui K, Mizuno N, Nishimura K, Nakazaki T, Saito H, Takeuchi N, Ueno M, Matsumoto D, Norizuki M, Shirasawa K, Li C, Hirakawa H, Ota T, Yasui Y.
  • Journal Title: Nature Plants Volume: 9 Issue: 8 Pages: 1236-1251
  • DOI: 10.1038/s41477-023-01474-1
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] From green to red: Urban heat stress drives leaf color evolution (2023)
  • Author(s): Fukano Yuya、Yamori Wataru、Misu Hayata、Sato Mitsuhiko P.、Shirasawa Kenta、Tachiki Yuuya、Uchida Kei
  • Journal Title: Science Advances Volume: 9 Issue: 42 Pages: 3542-3542
  • DOI: 10.1126/sciadv.abq3542
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Ongoing Rapid Evolution of a Post-Y Region Revealed by Chromosome-Scale Genome Assembly of a Hexaploid Monoecious Persimmon (<i>Diospyros kaki</i>) (2023)
  • Author(s): Horiuchi Ayano、Masuda Kanae、Shirasawa Kenta、Onoue Noriyuki、Fujita Naoko、Ushijima Koichiro、Akagi Takashi
  • Journal Title: Molecular Biology and Evolution Volume: 40 Issue: 7 Pages: 1-10
  • DOI: 10.1093/molbev/msad151
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Genetic basis of lineage-specific evolution of fruit traits in hexaploid persimmon (2023)
  • Author(s): Horiuchi, A., K. Masuda, K. Shirasawa, N. Onoue, R. Matsuzaki, R. Tao, Y. Kubo, K. Ushijima, and T. Akagi.
  • Journal Title: DNA Research Volume: 30 Issue: 5 Pages: 1-9
  • DOI: 10.1093/dnares/dsad015
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Recurrent neo-sex chromosome evolution in kiwifruit (2023)
  • Author(s): Akagi Takashi、Varkonyi-Gasic Erika、Shirasawa Kenta、Catanach Andrew、Henry Isabelle M.、Mertten Daniel、Datson Paul、Masuda Kanae、Fujita Naoko、Kuwada Eriko、Ushijima Koichiro、Beppu Kenji、Allan Andrew C.、Charlesworth Deborah、Kataoka Ikuo
  • Journal Title: Nature Plants Volume: 9 Issue: 3 Pages: 393-402
  • DOI: 10.1038/s41477-023-01361-9
  • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Chromosome-scale genome assembly of a Japanese chili pepper landrace, <i>Capsicum annuum</i> ‘Takanotsume’ (2022)
  • Author(s): Shirasawa Kenta、Hosokawa Munetaka、Yasui Yasuo、Toyoda Atsushi、Isobe Sachiko
  • Journal Title: DNA Research Volume: 30 Issue: 1
  • DOI: 10.1093/dnares/dsac052
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Haplotype-resolved<i>de novo</i>genome assemblies of four coniferous tree species (2022)
  • Author(s): Shirasawa Kenta、Mishima Kentaro、Hirakawa Hideki、Hirao Tomonori、Tsubomura Miyoko、Nagano Soichiro、Iki Taiichi、Isobe Sachiko、Takahashi Makoto
  • Journal Title: bioRxiv Volume: 2022.11.16 Pages: 516598-516598
  • DOI: 10.1101/2022.11.16.516598
  • Open Access
• [Journal Article] Ongoing rapid evolution of a post-Y region revealed by chromosome-scale genome assembly of a hexaploid monoecious persimmon (<i>Diospyros kaki</i>) (2022)
  • Author(s): Horiuchi Ayano、Masuda Kanae、Shirasawa Kenta、Onoue Noriyuki、Fujita Naoko、Ushijima Koichiro、Akagi Takashi
  • Journal Title: bioRxiv Volume: 2022.12.29 Pages: 522208-522208
  • DOI: 10.1101/2022.12.29.522208
  • Open Access
• [Presentation] 異質4倍体水田雑草タイヌビエのT2Tゲノム解析 (2024)
  • Author(s): 佐藤光彦, 岩上哲史, 保田謙太郎, 磯部祥子, 白澤健太
  • Organizer: 日本生態学会第71回大会
  • Invited
• [Presentation] トウガラシの種間雑種にみられる座止に関するゲノム領域のターゲット配列解析 (2024)
  • Author(s): 白澤健太, 細川宗孝
  • Organizer: 園芸学会
• [Presentation] ゲノム科学で探る生態系を構成・維持するために必要不可欠な生物・遺伝子 (2024)
  • Author(s): 白澤健太
  • Organizer: 生態工学会定例研究会
  • Invited
• [Presentation] ゲノム研究で植物の未来を予想する ー品種改良と開花予想ー (2024)
  • Author(s): 白澤健太
  • Organizer: 科学工学技術委員会
  • Invited
• [Presentation] Kazusa GP: Genome Project across All Orders of Angiosperm (2024)
  • Author(s): Shirasawa K, Sato MP, Hirakawa H, Isobe S
  • Organizer: International Plant and Animal Genome Conference (PAG 31)
  • Int'l Joint Research / Invited
• [Presentation] 植物の発熱誘導・制御の遺伝基盤の解明 (2023)
  • Author(s): 佐藤光彦
  • Organizer: 日本進化学会第25回大会
• [Presentation] ロングリードおよび単一花粉シークエンス技術による アブラナ科植物Malcolmia littoreaのゲノム解読 (2023)
  • Author(s): 白澤健太, 吉武和敏, 菊池真司, 小祝敬一郎, 藤井壮太
  • Organizer: NGS EXPO 2023
• [Presentation] Near-complete genome assembly of a tomato cultivar Micro-Tom. (2023)
  • Author(s): Shirasawa K, Ariizumi T
  • Organizer: 日本ナス科コンソーシアム年会
• [Presentation] 東京大学XかずさDNA研究所がゲノム科学で迫る身近な植物の謎 (2023)
  • Author(s): 白澤健太, 藤井壮太
  • Organizer: 会いに行ける科学者フェス
• [Presentation] Kenta Shirasawa, Mitsuhiko P. Sato, Hideki Hirakawa, Sachiko Isobe (2023)
  • Author(s): Kazusa GP: Genome Project Across All Orders of Angiosperm
  • Organizer: Biodiversity Genomics 2023
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] 生態系を構成・維持するために必要不可欠な生物・遺伝子の適応進化実験 (2023)
  • Author(s): 白澤健太
  • Organizer: 宇宙生物科学会
• [Presentation] ロングリード技術を利用したトマト品種「マイクロトム」のゲノム解読 (2023)
  • Author(s): 白澤健太, 有泉亨
  • Organizer: 日本育種学会
• [Presentation] すべての植物のゲノムを解読するために必要なこと (2023)
  • Author(s): 白澤健太
  • Organizer: 日本植物学会・ランチョンセミナー
  • Invited
• [Presentation] Chromosome-scale genome assembly of an orphan plant species, Malcolmia littorea, by long-read and single-pollen sequencing technologies (2023)
  • Author(s): Shirasawa K, Yoshitake K, Kikuchi S, Koiwai K, Fujii S
  • Organizer: アジア園芸学会議2023
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] 小石川植物園のソメイヨシノ老木の全ゲノム解析 (2023)
  • Author(s): 白澤健太, 磯部祥子
  • Organizer: 日本育種学会
• [Presentation] ゲノム編集トマト‘シシリアンルージュハイギャバ’の全ゲノム解析 (2023)
  • Author(s): 白澤健太, 磯部祥子
  • Organizer: 園芸学会
• [Presentation] ロングリード技術による針葉樹4種の全ゲノム解読 (2023)
  • Author(s): 白澤健太, 三嶋賢太郎, 平川英樹, 平尾知士, 坪村美代子, 永野聡一郎, 井城泰一, 磯部祥子, 高橋 誠
  • Organizer: 日本森林学会
• [Presentation] タイヌビエの高精度ゲノム解読からわかる日本国内の遺伝的多様性 (2023)
  • Author(s): 佐藤光彦，岩上哲史，福西詩奏，杉浦快，保田謙太郎，磯部祥子，白澤健太
  • Organizer: 日本雑草学会
• [Presentation] みんなでカタバミプロジェクト with かずさ あなたの街では何色ですか (2023)
  • Author(s): 白澤健太
  • Organizer: 日本育種学会ランチョンセミナー
  • Invited
• [Presentation] ニホングリのゲノム解析から見えた植物のゲノム進化の謎 (2022)
  • Author(s): 白澤健太
  • Organizer: 日本進化学会年大会
  • Invited
• [Presentation] マツタケ胞子のシングルセルゲノム解析に向けた取り組み (2022)
  • Author(s): 白澤健太, 黒河内寛之, 田島直幸, 佐藤光彦, 吉武和敏, 浅川修一, 磯部祥子
  • Organizer: シングルセルゲノミクス研究会
• [Presentation] トウガラシ品種‘タカノツメ’の全ゲノム解読 (2022)
  • Author(s): 白澤健太, 細川宗孝, 安井康夫, 磯部祥子
  • Organizer: 園芸学会
• [Presentation] マツタケのテロメア・ツー・テロメアでのゲノム解読 (2022)
  • Author(s): 白澤健太, 黒河内寛之, 田島直幸, 佐藤光彦, 吉武和敏, 浅川修一, 磯部祥子
  • Organizer: 日本育種学会
• [Presentation] Chromosome-scale genome assembly of Capsicum annuum ‘Takanotsume’ (2022)
  • Author(s): Kenta Shirasawa, Munetaka Hosokawa, Yasuo Yasui, Sachiko Isobe
  • Organizer: 18th Japan Solanaceae Consortium Symposium
• [Presentation] かずさ植物ゲノムプロジェクト (2022)
  • Author(s): 白澤健太, 佐藤光彦, 磯部祥子
  • Organizer: NGS EXPO 2022
• [Presentation] ゲノム科学で迫る身近なサイエンス (2022)
  • Author(s): 白澤健太
  • Organizer: 宇都宮大学C-Bioセミナー
  • Invited
• [Presentation] Genome projects with a long-read sequencing technology (2022)
  • Author(s): Kenta Shirasawa
  • Organizer: Agilent Ignite Confidence - Quality Matters Virtual Summit
  • Int'l Joint Research / Invited
• [Presentation] 全ゲノム解析で分かった「ゆうだい21」 (2022)
  • Author(s): 白澤健太
  • Organizer: ゆうだい21サミット
  • Invited
• [Remarks] 栽培柿の全ゲノムを高精度に解読 ～育種や進化研究のための研究基盤を構築～
  • URL: https://www.kazusa.or.jp/news/230712/
• [Remarks] 発熱植物ザゼンソウの生存戦略に手がかり～ザゼンソウは積雪に強く多様性が高いことが明らかに～
  • URL: https://www.kazusa.or.jp/news/230801/
• [Remarks] ソバゲノムの解読 ～高精度ゲノム解読がソバの過去と未来を紡ぐ～
  • URL: https://www.kazusa.or.jp/news/230811/
• [Remarks] 都市の熱さで植物は赤く進化する ―ヒートアイランドへの急速な適応進化を初めて実証―
  • URL: https://www.kazusa.or.jp/news/231023/
• [Remarks] タイヌビエのゲノムを高精度解読
  • URL: https://www.kazusa.or.jp/news/231107/
• [Remarks] 巨大なゲノムをもつ針葉樹4種のゲノム解読に成功 ～時間のかかる林木育種の効率化・加速化へ～
  • URL: http://www.kazusa.or.jp/news/pr20221130/
• [Remarks] 日本を代表するトウガラシ「鷹の爪」の全ゲノムを解読 ～多様なトウガラシを生み出すための基盤に～
  • URL: http://www.kazusa.or.jp/news/pr20230111/
• [Remarks] 植物の性決定機構に新しい発見 ～マタタビ属のゲノム解読を通じて～
  • URL: http://www.kazusa.or.jp/news/pr20230307/
• [Remarks] マツタケゲノムの完全解読～ 希少化するマツタケの保全に向けて ～
  • URL: http://www.kazusa.or.jp/news/230508/