少数遺伝子変化による新奇複合適応形質進化の分子機構解明

• 研究領域: 複合適応形質進化の遺伝子基盤解明
• 研究課題/領域番号: 22128002
• 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: 大島 一正 京都府立大学, 生命環境科学研究科, 助教 (50466455)
• 連携研究者: 村田 隆 基礎生物学研究所, 生物進化研究部門, 准教授 (00242024)
• 研究協力者: 日渡 祐二
• 研究期間 (年度): 2010-04-01 – 2016-03-31
• 研究課題ステータス: 完了 (2015年度)
• 配分額: 130,390千円 (直接経費: 100,300千円、間接経費: 30,090千円); 2014年度: 26,130千円 (直接経費: 20,100千円、間接経費: 6,030千円); 2013年度: 27,430千円 (直接経費: 21,100千円、間接経費: 6,330千円); 2012年度: 28,730千円 (直接経費: 22,100千円、間接経費: 6,630千円); 2011年度: 27,430千円 (直接経費: 21,100千円、間接経費: 6,330千円); 2010年度: 20,670千円 (直接経費: 15,900千円、間接経費: 4,770千円)
• キーワード: 複合適応形質 / 進化 / 食虫植物 / フクロユキノシタ / 収斂 / クルミホソガ / 寄主転換 / 複合適応形質進化 / サラセニア / コモウセンゴケ / ホストレース転換 / オジギソウ / ホストレースチェンジ / 自己組織化 / 生活史進化 / ヒメツリガネゴケ / 陸上植物 / 分岐

研究成果の概要

個々の形質進化は適応的でないが、いくつかの形質進化が積み重なることで初めて適応的になる進化（新奇複合適応形質進化）の仕組みはよくわかっていない。本研究では、新奇複合適応形質進化の例として主に下記の研究を行った。（１）サラセニアの捕虫葉は平らな形の葉の特定の場所で細胞分裂の方向を変えるという細胞レベルでの変化の結果として引き起こされていることがわかった。（２）フクロユキノシタのゲノム解読を行い、捕虫葉特異的に発現している遺伝子を同定し捕虫葉形成遺伝子候補を同定した。（３）食虫植物の消化酵素は特定の耐病性遺伝子が繰り返し用いられて進化し、消化液環境に適応して収斂進化していることがわかった。

研究成果

• [国際共同研究] 成功大学(台湾)
• [国際共同研究] ニューヨーク大学(米国)
• [国際共同研究] Beijing Genome Institute(中国)
• [国際共同研究] Ghent University(ベルギー)
• [国際共同研究] Universitat de Barcelona(スペイン)
• [国際共同研究]
• [雑誌論文] Oriented cell division shapes carnivorous pitcher leaves of Sarracenia purpurea (2015)
  • 著者名/発表者名: Fukushima K, Fujita H, Yamaguchi T, Kawaguchi M, Tsukaya H, Hasebe M.
  • 雑誌名: Nature Communications 巻: 6 号: 1 ページ: 6-450
  • DOI: 10.1038/ncomms7450
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Adaxial-abaxial polarity : The developmental basis of leaf shape diversity (2014)
  • 著者名/発表者名: Fukushima K, Hasebe M.
  • 雑誌名: Genesis 巻: 52 号: 1 ページ: 1-18
  • DOI: 10.1002/dvg.22728
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Development of an Agrobacterium-Mediated Stable Transformation Method for the Sensitive Plant Mimosa pudica. (2014)
  • 著者名/発表者名: Mano, H., Fujii, T., Sumikawa, N., Hiwatashi, Y., and Hasebe, M.
  • 雑誌名: PLoS One 巻: 9 号: 2 ページ: e88611-e88611
  • DOI: 10.1371/journal.pone.0088611
  • 査読あり / オープンアクセス / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Contribution of NAC transcription factors to plant adaptation to land. (2014)
  • 著者名/発表者名: Xu, B., Ohtani, M., Yamaguchi, M., Toyooka, K., Wakazaki, M., Sato, M., Kubo, M., Nakano, Y., Sano, R., Hiwatashi, Y., Murata, T., Kurata, T., Yoneda, A., Kato, K., Hasebe, M., and Demura, T.
  • 雑誌名: Science 巻: 343 号: 6178 ページ: 1505-1508
  • DOI: 10.1126/science.1248417
  • 査読あり / オープンアクセス / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Early evolution of the vascular plant body plan - the missing mechanisms. (2014)
  • 著者名/発表者名: Tomescu, A.M., Wyatt, S.E., Hasebe, M., and Rothwell, G.W.
  • 雑誌名: Curr. Opin. Plant Biol. 巻: 17C ページ: 126-136
  • DOI: 10.1016/j.pbi.2013.11.016
  • 査読あり / オープンアクセス / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] KNOX2 genes regulate the haploid-to-diploid morphological transition in land plants (2013)
  • 著者名/発表者名: Sakakibara, K., Ando, S., Yip, H.K., Tamada, Y., Hiwatashi, Y., Murata, T., Deguchi, H., Hasebe, M., and Bowman, J.L.
  • 雑誌名: Science 巻: 339 号: 6123 ページ: 1067-1070
  • DOI: 10.1126/science.1230082
  • 査読あり
• [雑誌論文] AP2-type transcription factors determine stem cell identity in the moss Physcomitrella patens (2012)
  • 著者名/発表者名: Aoyama, T., Hiwatashi, Y., Shigyo, M., Kofuji, R., Kubo, M., Ito, M., and Hasebe, M.
  • 雑誌名: Development 巻: 139 号: 17 ページ: 3120-3129
  • DOI: 10.1242/dev.076091
  • 査読あり
• [雑誌論文] The gibberellin perception system evolved to regulate a pre-existing GAMYB-mediated system during land plant evolution (2011)
  • 著者名/発表者名: Aya, K., Hiwatashi, Y., Kojima, M., Sakakibara, H., Ueguchi-Tanaka, M., Hasebe, M., Matsuoka, M.
  • 雑誌名: Nature Communications 巻: 2 号: 1 ページ: 544-544
  • DOI: 10.1038/ncomms1552
  • 査読あり
• [雑誌論文] The Selaginella genome identifies genetic changes associated with the evolution of vascular plants (2011)
  • 著者名/発表者名: Banks, et al
  • 雑誌名: Science 巻: 332 号: 6032 ページ: 960-963
  • DOI: 10.1126/science.1203810
  • 査読あり
• [雑誌論文] Phylogeny, biogeography, and host-plant association in the subfamily Apaturinae (Insecta : Lepidoptera : Nymphalidae) inferred from eight nuclear and seven mitochondrial genes (2010)
  • 著者名/発表者名: Ohshima, et al
  • 雑誌名: Mol.Phylogenet.Evol. 巻: 57 ページ: 1026-1036
  • 査読あり
• [学会発表] 独立に食虫植物化した分類群間に見られる消化酵素の共通性 (2012)
  • 著者名/発表者名: 福島健児, 野澤昌文, 西山智明, 重信秀治, 住川直美, 牧野由美子, 長谷部光泰
  • 学会等名: 日本植物学会第76回大会
  • 発表場所: 兵庫県立大学（兵庫県神戸市）
• [学会発表] he genetic mechanisms of host race formation and maintenance (2011)
  • 著者名/発表者名: Oshima I.
  • 学会等名: 20th CDB Meeting
  • 発表場所: 理化学研究所(兵庫県)
  • 年月日: 2011-02-23
• [学会発表] QTL解析による寄主転換の遺伝基盤の解明 (2011)
  • 著者名/発表者名: 大島一正、長谷部光泰
  • 学会等名: 日本進化学会第13回大会
  • 発表場所: 京都大学(京都)
• [学会発表] Unique adaxial-abaxial patterning and the evolutionary implication of pitcher-shaped leaves of Sarracenia purpurea (2011)
  • 著者名/発表者名: Fukushima K., Yamaguchi T., Tsukaya H., Hasebe M.
  • 学会等名: East Asian Botany : International Symposium 2011
  • 発表場所: 筑波大学(茨城県)
• [学会発表] Unique adaxial-abaxial patterning of pitcher-shaped leaves of the carnivorous plant Sarracenia purpurea (2011)
  • 著者名/発表者名: Fukushima K., Hasebe M.
  • 学会等名: Keystone Symposia : Evolutionary Developmental Biology
  • 発表場所: Granlibakken(アメリカ)
• [学会発表] QTL mapping of a larval-performance trait in the leaf mining moth Acrocercops transecta (2011)
  • 著者名/発表者名: Oshima I., Hasebe M.
  • 学会等名: Keystone Symposia : Evolutionary Developmental Biology
  • 発表場所: Granlibakken(アメリカ)
• [学会発表] 連鎖解析によるクルミホソガ幼虫の寄主適応遺伝子の探索 (2010)
  • 著者名/発表者名: 大島一正、長谷部光泰
  • 学会等名: 日本昆虫学会第70回大会
  • 発表場所: 山形大学(山形県)
  • 年月日: 2010-09-20
• [学会発表] クルミホソガAcrocercops transectaにおける幼虫の寄主適応の遺伝基盤 (2010)
  • 著者名/発表者名: 大島一正、長谷部光泰
  • 学会等名: 日本進化学会第12回大会
  • 発表場所: 東京工業大学(東京都)
  • 年月日: 2010-08-03
• [学会発表] QTL mapping of a larval-performance trait in the leaf mining moth Acrocercops transecta (2010)
  • 著者名/発表者名: Oshima I., Hasebe M.
  • 学会等名: Memorial Symposium for the 26th International Prize for Biology
  • 発表場所: つくば国際会議場(茨城県)
• [学会発表] 食虫植物における葉形態の複雑化メカニズム
  • 著者名/発表者名: 福島健児, 長谷部光泰
  • 学会等名: 第35回日本分子生物学会年会
  • 発表場所: 福岡国際会議場・マリンメッセ福岡（福岡県福岡市）
• [学会発表] フクロユキノシタゲノムから迫る食虫植物の進化
  • 著者名/発表者名: 福島健児, Likai Mao, 西山智明, 野澤昌文, 住川直美, 笠原雅弘, 柴田朋子, 重信秀治, Xiaodong Fang, 長谷部光泰
  • 学会等名: 「生命情報科学若手の会」第４回研究会
  • 発表場所: 岡崎コンファレンスセンター（愛知県岡崎市）
• [学会発表] 食虫植物における消化酵素遺伝子の進化
  • 著者名/発表者名: 福島健児, 野澤昌文, 西山智明, 重信秀治, 住川直美, 長谷部光泰
  • 学会等名: 日本植物分類学会第１２回大会
  • 発表場所: 千葉大学（ 千葉県千葉市）
• [学会発表] The genetics of host shifting in a leaf-mining moth Acrocercops transecrta (Gracillariidae)
  • 著者名/発表者名: 大島一正
  • 学会等名: 24th International Congress of Entomology
  • 発表場所: Daegu, Korea
• [学会発表] QTL解析とゲノム解析による寄主転換の遺伝基盤の解明
  • 著者名/発表者名: 大島一正、長谷部光泰
  • 学会等名: 日本応用動物昆虫学会第56回大会
  • 発表場所: 近畿大学（奈良）
  • 招待講演
• [学会発表] リーフマイナーを用いた遺伝学：寄主適応の遺伝基盤に迫る
  • 著者名/発表者名: 大島一正
  • 学会等名: 日本昆虫学会第71回大会
  • 発表場所: 信州大学(長野県松本市)
  • 招待講演
• [学会発表] The recurrent co-option in the evolution of digestive enzymes of carnivorous plants
  • 著者名/発表者名: Fukushima, K. and M. Hasebe.
  • 学会等名: 10th Korea-China-Japan Bioinformatics Training Course and Symposium
  • 発表場所: Jeju, Korea
• [学会発表] 食虫植物ムラサキヘイシソウの捕虫葉における特異的な向背軸パターニング
  • 著者名/発表者名: 福島健児, 山口貴大, 塚谷裕一, 長谷部光泰
  • 学会等名: 日本植物学会第75回大会
  • 発表場所: 東京大学(東京)
• [学会発表] 食虫植物を材料とした新奇形態進化機構の解明
  • 著者名/発表者名: 福島健児, 山口貴大, 塚谷裕一, 長谷部光泰
  • 学会等名: 日本生化学会第84回大会
  • 発表場所: 京都大学(京都)
• [学会発表] 食虫植物の消化酵素遺伝子における平行進化
  • 著者名/発表者名: 福島健児, 野澤昌文, 西山智明, 重信秀治, 住川直美, 長谷部光泰
  • 学会等名: 生命情報科学若手の会第３回研究会
  • 発表場所: 岡崎コンファレンスセンター（愛知県岡崎市）
• [学会発表] 食虫植物から新奇形質の進化を探る
  • 著者名/発表者名: 福島健児, 長谷部光泰
  • 学会等名: 第43回種生物学シンポジウム
  • 発表場所: 一般財団法人人材開発センター富士研修所(山梨県富士吉田市)
• [学会発表] 食虫植物ムラサキヘイシソウにおける袋状捕虫葉の発生メカニズム
  • 著者名/発表者名: 福島健児, 山口貴大, 塚谷裕一, 長谷部光泰
  • 学会等名: 日本植物分類学会第11回大会
  • 発表場所: 大阪学院大学（大阪府吹田市）
• [図書] 野生生物を用いた実験系確立ストーリー．「種間関係の生物学」「リーフマイナーの食性の進化を探る」第3章 (p. 71-100) (2012)
  • 著者名/発表者名: 大島一正
  • 総ページ数: 399
  • 出版者: 文一総合出版
• [備考] http://www.nibb.ac.jp/evodevo
• [備考] 研究室web page
  • URL: http://www.nibb.ac.jp/evodevo
• [備考] 研究室web page
  • URL: http://www.nibb.ac.jp/evodovo
• [備考] 研究室webページ
  • URL: http://www.nibb.ac.jp/evodevo