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分子進化速度の上昇がもたらす進化イノベーション:水生植物における平行的形態特殊化

Research Project

Project/Area Number 18J40090
Research Category

Grant-in-Aid for JSPS Fellows

Allocation TypeSingle-year Grants
Section国内
Research Field Biodiversity/Systematics
Research InstitutionChiba University
Research Fellow 片山 なつ  千葉大学, 大学院理学研究院, 特別研究員(RPD)
Project Period (FY) 2018-04-25 – 2021-03-31
Project Status Completed (Fiscal Year 2020)
Budget Amount *help
¥4,030,000 (Direct Cost: ¥3,100,000、Indirect Cost: ¥930,000)
Fiscal Year 2020: ¥1,300,000 (Direct Cost: ¥1,000,000、Indirect Cost: ¥300,000)
Fiscal Year 2019: ¥1,300,000 (Direct Cost: ¥1,000,000、Indirect Cost: ¥300,000)
Fiscal Year 2018: ¥1,430,000 (Direct Cost: ¥1,100,000、Indirect Cost: ¥330,000)
Keywords水生植物 / 分子進化速度 / 突然変異率 / 分子進化
Outline of Annual Research Achievements

本研究は、水生植物の中でも特異な環境に生育し、特有の形態を共通して獲得しているカワゴケソウ科とウキクサ類を対象とし、独立した2つの分類群間における進化の共通性を探ることを目的とした。
1. カワゴケソウ科の分子進化学的解析
カワゴケソウ科植物と姉妹群のセイヨウオトギリ、外群のアマについて、ゲノムワイドに遺伝子配列を取得し分子進化学的解析を行なった。その結果、カワゴケソウ科で2度の突然変異率の上昇が検出され、1度目は科が起源したタイミング、2度目は科内で多様化が始まったタイミングと一致していた。また、2度の突然変異率上昇のタイミングで正の選択圧を受けた遺伝子群を特定し、1度目は科が新規環境へ進出した際に紫外線照射量が上昇したこと、2度目は茎頂分裂組織の維持機構の変更が突然変異率上昇に寄与している可能性が示唆された。これらの成果を論文(Katayama et al. 2022. Communications Biology)として出版した。
2.ウキクサ類の分子進化学的解析
同様にウキクサ類についても分子進化速度の上昇を検証した。ウキクサ亜科全5属8種と比較対象のサトイモ科2種(アンスリウム、ボタンウキクサ、タロイモ)、外群ショウブ科のAcorus americanusを材料とし分子進化学的解析を行なった。その結果、ウキクサ亜科における分子進化速度の上昇は、亜科の出現時とさらに亜科の中で2回の計3回、突然変異率の上昇が起きたと推定された。
さらに、カワゴケソウ科とウキクサ類の進化速度上昇の共通項を探るため、進化速度上昇時に正の選択圧を受けた遺伝子群を探索した。その結果、生体内で酸化還元反応に関わる遺伝子群で、共通して選択圧を受けたことがわかった。これらの結果は、水生環境におけるストレスが突然変異率の上昇に関与している可能性を示唆しており、今後詳細な解析が期待される。

Research Progress Status

令和2年度が最終年度であるため、記入しない。

Strategy for Future Research Activity

令和2年度が最終年度であるため、記入しない。

Report

(3 results)
  • 2020 Annual Research Report
  • 2019 Annual Research Report
  • 2018 Annual Research Report

Research Products

(9 results)

All 2022 2019 Other

All Journal Article (3 results) (of which Peer Reviewed: 2 results,  Open Access: 1 results) Presentation (5 results) Remarks (1 results)

  • [Journal Article] Elevated mutation rates underlie the evolution of the aquatic plant family Podostemaceae2022

    • Author(s)
      Natsu Katayama, Satoshi Koi, Akira Sassa, Tetsuya Kurata, Ryoko Imaichi, Masahiro Kato, and Tomoaki Nishiyama
    • Journal Title

      Communications Biology

      Volume: 5 Pages: 75-75

    • Related Report
      2020 Annual Research Report
    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Journal Article] Comparative morphology and evolution of Podostemaceae flower2022

    • Author(s)
      Masahiro Kato, Natsu Katayama, Satoshi Koi
    • Journal Title

      Acta Phytotax. Geobot

      Volume: -

    • Related Report
      2020 Annual Research Report
    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Molecular evolution and the evolutionary events of aquatic eudicot family Podostemaceae2022

    • Author(s)
      片山なつ
    • Journal Title

      J. Phytogeogr. Taxon.

      Volume: 7 Issue: 1 Pages: 15-20

    • DOI

      10.18942/chiribunrui.0701-02

    • ISSN
      0388-6212, 2433-0469
    • Related Report
      2020 Annual Research Report
  • [Presentation] 日本におけるカワゴケソウ集団の成立過程の解明2022

    • Author(s)
      片山なつ、Jose Said Gutierrez-Ortega、綿野泰行、加藤雅啓
    • Organizer
      日本植物分類学会 第21回大会
    • Related Report
      2020 Annual Research Report
  • [Presentation] 異質4倍体コゲジゲジシダの両親種とそのF1雑種の遺伝子発現パターンの比較2022

    • Author(s)
      山本拓也、片山なつ、藤原泰央、綿野泰行
    • Organizer
      日本植物分類学会 第21回大会
    • Related Report
      2020 Annual Research Report
  • [Presentation] 劇的な進化を遂げたカワゴケソウ科にみられた突然変異率の上昇2019

    • Author(s)
      片山なつ、厚井聡、倉田哲也、加藤雅啓、西山智明
    • Organizer
      日本植物学会第83回大会
    • Related Report
      2019 Annual Research Report
  • [Presentation] ゼンマイ科の分子系統2019

    • Author(s)
      堤千絵、片山なつ、平山裕美子、加藤雅啓
    • Organizer
      日本植物分類学会
    • Related Report
      2018 Annual Research Report
  • [Presentation] 日本産シダ植物分類学リソースポータルサイト構築2019

    • Author(s)
      海老原淳、綛谷文清、片山なつ
    • Organizer
      日本植物分類学会
    • Related Report
      2018 Annual Research Report
  • [Remarks] 突然変異率の上昇は植物の多様化の土台になる! 激流で生き抜く水生植物カワゴケソウ科の進化の基盤

    • URL

      https://www.chiba-u.ac.jp/others/topics/info/post_1047.html

    • Related Report
      2020 Annual Research Report

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Published: 2018-05-01   Modified: 2022-12-28  

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