摂動実験を用いた食虫植物の捕虫葉進化機構の解明

• 研究領域: 進化の制約と方向性 ～微生物から多細胞生物までを貫く表現型進化原理の解明～
• 研究課題/領域番号: 17H06390
• 研究種目: 新学術領域研究(研究領域提案型)
• 配分区分: 補助金
• 審査区分: 生物系
• 研究機関: 基礎生物学研究所
• 研究代表者: 長谷部 光泰 基礎生物学研究所, 生物進化研究部門, 教授 (40237996)
• 研究分担者: 瀬上 紹嗣 基礎生物学研究所, 生物進化研究部門, 助教 (00765935)
• 研究期間 (年度): 2017-06-30 – 2022-03-31
• 研究課題ステータス: 中途終了 (2021年度)
• 配分額: 146,770千円 (直接経費: 112,900千円、間接経費: 33,870千円); 2021年度: 27,950千円 (直接経費: 21,500千円、間接経費: 6,450千円); 2020年度: 30,030千円 (直接経費: 23,100千円、間接経費: 6,930千円); 2019年度: 31,980千円 (直接経費: 24,600千円、間接経費: 7,380千円); 2018年度: 34,970千円 (直接経費: 26,900千円、間接経費: 8,070千円); 2017年度: 21,840千円 (直接経費: 16,800千円、間接経費: 5,040千円)
• キーワード: 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

研究実績の概要

［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。

現在までの達成度 (段落)

令和3年度が最終年度であるため、記入しない。

今後の研究の推進方策

令和3年度が最終年度であるため、記入しない。

研究成果

• [国際共同研究] ビュルツブルグ大学(ドイツ)
• [国際共同研究] Wurzburg大学(ドイツ)
• [国際共同研究] Wurzburg大学/Leibniz大学(ドイツ)
• [国際共同研究] Czech Academy of Science(チェコ)
• [国際共同研究] Wuerzburg University(ドイツ)
• [国際共同研究] Max Plank Institute for Chemical Ecology(ドイツ)
• [雑誌論文] A discordance of seasonally covarying cues uncovers misregulated phenotypes in the heterophyllous pitcher plant Cephalotus follicularis (2021)
  • 著者名/発表者名: Kenji Fukushima、Hideki Narukawa、Gergo Palfalvi、Mitsuyasu Hasebe
  • 雑誌名: Proceedings of the Royal Society B: Biological Sciences 巻: 288 号: 1943 ページ: 2568-2568
  • DOI: 10.1098/rspb.2020.2568
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Rapid movements in plants (2021)
  • 著者名/発表者名: Mano Hiroaki、Hasebe Mitsuyasu
  • 雑誌名: Journal of Plant Research 巻: 134 号: 1 ページ: 3-17
  • DOI: 10.1007/s10265-020-01243-7
  • NAID: 40022469651
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Calcium dynamics during trap closure visualized in transgenic Venus flytrap (2020)
  • 著者名/発表者名: Suda Hiraku、Mano Hiroaki、Toyota Masatsugu、Fukushima Kenji、Mimura Tetsuro、Tsutsui Izuo、Hedrich Rainer、Tamada Yosuke、Hasebe Mitsuyasu
  • 雑誌名: Nature Plants 巻: 6 号: 10 ページ: 1219-1224
  • DOI: 10.1038/s41477-020-00773-1
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Genomes of the Venus Flytrap and close relatives unveil the roots of plant carnivory (2020)
  • 著者名/発表者名: 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
  • 雑誌名: Current Biology 巻: in press 号: 12 ページ: 2312-2320
  • DOI: 10.1016/j.cub.2020.04.051
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Coprophagous features in carnivorous Nepenthes plants: a task for ureases (2017)
  • 著者名/発表者名: 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
  • 雑誌名: Scientific Reports 巻: 7 号: 1 ページ: 11647-11647
  • DOI: 10.1038/s41598-017-11999-z
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [学会発表] Calcium ion mediated memory system in the carnivorous plant Dionaea muscipula (2019)
  • 著者名/発表者名: Hiraku Suda, Mitsuyasu Hasebe
  • 学会等名: 第61回日本植物生理学会年会
• [学会発表] Evolution of Carnivory and movement in Plants (2019)
  • 著者名/発表者名: Mitsuyasu Hasebe
  • 学会等名: Japan Taiwan Plant Biology 2019, Nagoya, Japan
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Comparative analysis of pitcher and flat leaf development in the carnivorous plant Cephalotus follicularis (2019)
  • 著者名/発表者名: Hideki Narukawa, Gergo Palfalvi, and Mitsuyasu Hasebe
  • 学会等名: 第60回日本植物生理学会年会
• [学会発表] Evolution of Plant Carnivory and Movement (2018)
  • 著者名/発表者名: Mitsuyasu Hasebe
  • 学会等名: Naito Conference, Sapporo, Japan
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Evolution of Plant Carnivory and Movement (2018)
  • 著者名/発表者名: Mitsuyasu Hasebe
  • 学会等名: Annual Meeting of the Society of Molecular Biology, Yokohama, Japan
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] 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)
  • 著者名/発表者名: 須田啓，福島健児，真野弘明，豊田正嗣，玉田洋介，長谷部光泰
  • 学会等名: 第59回日本植物生理学会年会
• [学会発表] Evolution of movement and carnivory in flowering plants (2017)
  • 著者名/発表者名: 長谷部光泰
  • 学会等名: the 29th Center of Developmental Biology Meeting “Mavericks, New Models in Developmental Biology”
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Genome biology to understand the evolution of carnivory and movement in plants (2017)
  • 著者名/発表者名: 長谷部光泰
  • 学会等名: 2017 International Symposium on Evolutionary Genomics and Bioinformatics, Tzu Chi University, Huaren, Taiwan
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Effects of Cellular Changes to the Evolution of Land Plant Development and Life Cycle (2017)
  • 著者名/発表者名: 長谷部光泰
  • 学会等名: the 65th NIBB Conference and Marchantia Workshop 2017, NIBB, Okazaki, Japan
  • 国際学会 / 招待講演
• [備考] 研究室web site
  • URL: http://www.nibb.ac.jp/evodevo
• [備考] 研究室web site
  • URL: http://www.nibb.ac.jp/evodevo/
• [備考] 研究室webぺージ
  • URL: http://www.nibb.ac.jp/evodevo
• [備考] 研究室ホームページ
  • URL: http://www.nibb.ac.jp/evodevo