花の適応進化の遺伝的背景:アブラナ科植物を用いたエコゲノミクス

• Project/Area Number: 07J06512
• Research Category: Grant-in-Aid for JSPS Fellows
• Allocation Type: Single-year Grants
• Section: 国内
• Research Field: Ecology/Environment
• Research Institution: The University of Tokyo (2009); Kyushu University (2007-2008)
• Principal Investigator: 森長 真一 The University of Tokyo, 大学院・総合文化研究科, 助教
• Project Period (FY): 2007 – 2009
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2009)
• Budget Amount: ¥3,400,000 (Direct Cost: ¥3,400,000); Fiscal Year 2009: ¥1,100,000 (Direct Cost: ¥1,100,000); Fiscal Year 2008: ¥1,100,000 (Direct Cost: ¥1,100,000); Fiscal Year 2007: ¥1,200,000 (Direct Cost: ¥1,200,000)
• Keywords: アブラナ科植物 / 繁殖様式 / マイクロアレイ / 適応遺伝子 / 局所適応 / ゲノム基盤 / 適応的分化 / エコゲノミクス / 適応進化 / 閉鎖花

Research Abstract

植物は、高地環境への進出に伴い、花や繁殖器官への投資を増大化させる傾向にある。本研究ではこのような高地環境への適応を担うゲノム基盤の解析を行ってきた。ハクサンハタザオはモデル植物シロイヌナズナに最も近縁な系統の一つであり、日本の伊吹山と藤原岳においては、ハクサンハタザオだけでなくハクサンハタザオから二次的に進化した高地生態型であるイブキハタザオもみられ、繁殖器官への投資が増大していることを明らかにしてきた。
そこで、近縁種であるシロイヌナズナで開発されたゲノミックマイクロアレイを用いて、伊吹山のイブキハタザオとハクサンハタザオの間での網羅的なゲノム多型解析をおこなった。その結果、全ゲノム領域の0.04%で違いが見られ、繁殖器官である花序への投資量に関係すると考えられる遺伝子を発見することができた。また、上記の遺伝子以外にも、低温耐性・凍結耐性・呼吸量・病原菌耐性に関与すると考えられる遺伝子を多数発見した。
次に、これらの遺伝子のDNA塩基配列を解読したところ、ゲノミックマイクロアレイのプローブ(検出配列)が設計されている領域において実際に欠失・挿入・置換等の変異が見られ、それらの変異が機能の違いに関与していると予想された。また、伊吹山のイブキハタザオとハクサンハタザオの複数個体について配列解析を行なったところ、分化はしているものの完全には固定せず、低頻度で維持されている対立遺伝子も数多く見つかった。
さらに、これらの遺伝子が藤原岳においても同様にイブキハタザオとハクサンハタザオで分化しているかを、DNA塩基配列を解読することで調査した。その結果、伊吹山では分化していたどの遺伝子も、藤原岳では分化していないことがわかった。このことは、伊吹山と藤原岳のイブキハタザオが異なる遺伝的メカニズムで進化したことを示唆する結果である。

Research Products

• [Journal Article] Day-night fluctuations in floral scent and their effects on reproductive success in Lilium auratum (2009)
  • Author(s): Morinaga, S-I, et al.
  • Journal Title: Population Ecology 51 Pages: 187-195
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Ecogenomics of cleistogamous and chasmogamous flowering (2008)
  • Author(s): Morinaga, S-I, et al.
  • Journal Title: Journal of Ecology 96 Pages: 1086-1097
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Ecogenomics of cleistogamous and chasmogamous flowering (2008)
  • Author(s): Morinaga, S-l
  • Journal Title: Journal of Ecology 96(印刷中)
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] エコゲノミクス:ゲノムから生態学的現象に迫る (2007)
  • Author(s): 森長真一
  • Journal Title: 日本生態学会誌 57 Pages: 71-74
  • NAID: 110006277365
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] 花の適応進化の遺伝的背景に迫る:「咲かない花」閉鎖花を例に (2007)
  • Author(s): 森長真一
  • Journal Title: 日本生態学会誌 57 Pages: 57-81
  • NAID: 110006277366
  • Peer Reviewed
• [Presentation] シロイヌナズナ近縁種の適応的「分化」:遺伝子発現アレイとゲノム多型アレイ (2010)
  • Author(s): 森長真一
  • Organizer: 第57回日本生態学会大会
  • Place of Presentation: 東京都目黒区
  • Year and Date: 2010-03-17
• [Presentation] イブキ・ハクサンハタザオの適応的分化:ゲノミックアレイ解析から高地適応に迫る (2009)
  • Author(s): 森長真一
  • Organizer: 第56回日本生態学会大会
  • Place of Presentation: 岩手県滝沢村
  • Year and Date: 2009-03-19
• [Presentation] 閉鎖花の分子基盤:コカイタネツケバナをモデルにしたマイクロアレイとRNAi解析 (2008)
  • Author(s): 森長真一
  • Organizer: 第55回日本生態学会大会
  • Place of Presentation: 福岡県福岡市
  • Year and Date: 2008-03-17