野生植物集団におけるゲノムの時空間変異：ゲノム生物学と野外生物学の統合

• 研究課題/領域番号: 15K06901
• 研究種目: 基盤研究(C)
• 配分区分: 基金
• 応募区分: 一般
• 研究分野: ゲノム生物学
• 研究機関: 日本大学
• 研究代表者: 森長 真一 日本大学, 生物資源科学部, 助教 (80568262)
• 研究期間 (年度): 2015-04-01 – 2019-03-31
• 研究課題ステータス: 完了 (2018年度)
• 配分額: 5,070千円 (直接経費: 3,900千円、間接経費: 1,170千円); 2017年度: 1,040千円 (直接経費: 800千円、間接経費: 240千円); 2016年度: 2,340千円 (直接経費: 1,800千円、間接経費: 540千円); 2015年度: 1,690千円 (直接経費: 1,300千円、間接経費: 390千円)
• キーワード: シロイヌナズナ近縁種 / 集団ゲノム解析 / ニッチモデリング / 野生植物 / ゲノム / 適応遺伝子 / 集団構造

研究成果の概要

モデル植物シロイヌナズナと同属の野生植物であるハクサンハタザオを対象に、日本各地から採取した複数個体を用いて、各環境に対して空間的に変異する適応遺伝子を網羅的に探索することを試みた。まずはじめに、採取した個体の全ゲノムデータから、集団構造を考慮に入れたゲノムワイド関連解析により適応遺伝子を明らかにした。加えて、その適応遺伝子の対立遺伝子の分布データと採取地点付近における環境データを用いて、地理情報システム上でモデル化をおこない、将来の環境下における分布を予測した。さらにはモデル植物とは遠縁の植物を用いて、ハクサンハタザオにおける研究アプローチが適用できるかを試みた。

研究成果の学術的意義や社会的意義

広域的な分布を持つ生物種は、時間的に変動する多様な環境に対して、局所的に適応することで分布範囲を拡大させてきたと考えられる。これまで、このような環境適応を担う遺伝子を直接解析することは、技術的に大きな困難を伴っていた。しかしながら本研究では、近年になって広く普及した次世代シーケンサーを用いて大量のDNA配列を解析することで、同一種内の複数個体の全ゲノム解読をおこなった。また、高性能でなおかつ安価な計算機を用いることで、大量のDNA配列データ解析と将来予測のための統計モデル解析から、適応遺伝子に基づく分布予測をおこなった。

研究成果

• [雑誌論文] Plasticity of functional traits and optimality of biomass allocation in elevational ecotypes of Arabidopsis halleri grown at different soil nutrient availabilities (2019)
  • 著者名/発表者名: Wang Qing-Wei、Daumal Maya、Nagano Soichiro、Yoshida Naofumi、Morinaga Shin-Ichi、Hikosaka Kouki
  • 雑誌名: Journal of Plant Research 巻: 132 号: 2 ページ: 237-249
  • DOI: 10.1007/s10265-019-01088-9
  • NAID: 40021851847
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Functional divergence of duplicate genes several million years after gene duplication in Arabidopsis (2018)
  • 著者名/発表者名: Hanada Kousuke、Tezuka Ayumi、Nozawa Masafumi、Suzuki Yutaka、Sugano Sumio、Nagano Atsushi J、Ito Motomi、Morinaga Shin-Ichi
  • 雑誌名: DNA Research 巻: 25 号: 3 ページ: 327-339
  • DOI: 10.1093/dnares/dsy005
  • 査読あり
• [雑誌論文] 100年前の標本を使用した全ゲノム解析 進化を直接観察する (2017)
  • 著者名/発表者名: 久保田渉誠・伊藤元己・森長真一
  • 雑誌名: 生物の科学 遺伝 巻: 71 ページ: 448-453
• [雑誌論文] 自然変異に学ぶ適応のしくみ: アブラナ科植物の種内変異を用いたアプローチ (2017)
  • 著者名/発表者名: 彦坂幸毅・森長真一・小口理一・永野聡一郎・見塩昌子・上妻馨梨・藤井伸治・須藤恵美・石塚航・田島直幸・尾崎洋史・Wang Q-W・花田耕介
  • 雑誌名: 育種学研究 巻: 19 ページ: 24-25
• [雑誌論文] Functional differentiation in UV-B-induced DNA damage and growth inhibition between highland and lowland ecotypes of two Arabidopsis species (2016)
  • 著者名/発表者名: Wang, Q.-W., H. Ozaki, S. Nagano, S.-I. Morinaga, J. Hidema, K. Hikosaka
  • 雑誌名: Environmental and Experimental Botany 巻: 131 ページ: 110-119
  • DOI: 10.1016/j.envexpbot.2016.07.008
  • 査読あり
• [雑誌論文] From the laboratory to the field: assaying histone methylation at FLOWERING LOCUS C in naturally growing Arabidopsis halleri. (2016)
  • 著者名/発表者名: Nishio, H., Buzas, D. M., Nagano, A. J., Suzuki, Y., Sugano, S., Ito, M., Morinaga, S.-I., Kudoh, H.
  • 雑誌名: Genes & Genetic Systems 巻: 91
  • NAID: 130005165463
  • 査読あり
• [雑誌論文] A genome scan for genes underlying microgeographic-scale local adaptation in a wild Arabidopsis species (2015)
  • 著者名/発表者名: Kubota, S., Iwasaki, T., Hanada, K., Nagano, A. J., Toyoda, A., Fujiyama, A., Sugano, S., Suzuki, Y., Hikosaka, K., Ito, M., and Morinaga, S.-I.
  • 雑誌名: PLOS Genetics 巻: 11 号: 7 ページ: e1005361-e1005361
  • DOI: 10.1371/journal.pgen.1005361
  • NAID: 120005947027
  • 査読あり / オープンアクセス
• [学会発表] 標高間変異における選択と遺伝子流動の影響力の評価：ハクサンハタザオの全ゲノムから (2019)
  • 著者名/発表者名: 吉田直史・若宮健・鳥居怜平・小口理一・石井悠・藤井伸治・久保田渉誠・森長真一・花田耕介・河田雅圭・彦坂幸毅
  • 学会等名: 日本生態学会第66回大会
• [学会発表] 植物乾燥標本をリシーケンスする際に気をつけたいこと (2019)
  • 著者名/発表者名: 久保田渉誠・岩崎貴也・永野惇・花田耕介・彦坂幸毅・伊藤元己・森長真一
  • 学会等名: 日本植物分類学会第18回大会
• [学会発表] 標高間変異における自然選択と遺伝子流動の影響力の評価：ハクサンハタザオの全ゲノム解析から (2018)
  • 著者名/発表者名: 吉田直史・若宮健・鳥居怜平・小口理一・石井悠・藤井伸治・久保田渉誠・森長真一・花田耕介・河田雅圭・彦坂幸毅
  • 学会等名: 東北植物学会第8回大会
• [学会発表] 侵入種ミチタネツケバナと在来種タネツケバナの葉の機能形質の種内変異と生息地環境依存性 (2018)
  • 著者名/発表者名: 代抒凝・小口理一・森長真一・彦坂幸毅
  • 学会等名: 東北植物学会第8回大会
• [学会発表] 100年前の標本を使用した全ゲノム解析：進化を直接観察する (2017)
  • 著者名/発表者名: 久保田渉誠・伊藤元己・森長真一
  • 学会等名: 第64回日本生態学会大会
  • 発表場所: 早稲田大学（東京都・新宿区）
  • 年月日: 2017-03-16
• [学会発表] ハクサンハタザオの局所適応解析：機能遺伝子の観点から (2017)
  • 著者名/発表者名: 吉田直史・小口理一・藤井伸治・久保田渉誠・森長真一・花田耕介・彦坂幸毅
  • 学会等名: 東北植物学会第7回大会
• [学会発表] ハツカダイコンとハマダイコンの高温耐性 (2017)
  • 著者名/発表者名: 中村由紀子・Qing-Wei Wang・小口理一・森長真一・彦坂幸毅
  • 学会等名: 東北植物学会第7回大会
• [学会発表] 一塩基多型情報を用いた侵入種の緯度に沿った遺伝的背景の解析 (2016)
  • 著者名/発表者名: 尾崎洋史・小口理一・上林真実・森長真一・彦坂幸毅
  • 学会等名: 日本植物学会第80回大会
  • 発表場所: 沖縄コンベンションセンター（沖縄県・宜野湾市）
  • 年月日: 2016-09-16
• [学会発表] ゲノム情報を利用した野生植物の適応力多様性評価 (2016)
  • 著者名/発表者名: 久保田渉誠・岩崎貴也・三浦憲人・永野惇・花田耕介・松葉史紗子・宮下直・彦坂幸毅・伊藤元己・森長真一
  • 学会等名: 第63回日本生態学会大会
  • 発表場所: 仙台国際センター（宮城県仙台市）
  • 年月日: 2016-03-24
• [学会発表] UV-B-induced damage on DNA and growth in highland and lowland ecotypes of Arabidopsis species (2015)
  • 著者名/発表者名: Qing-Wei Wang・尾崎洋史・永野聡一郎・森長真一・日出間純・彦坂幸毅
  • 学会等名: 植物学会第79回大会
  • 発表場所: 朱鷺メッセ新潟（新潟県新潟市）
  • 年月日: 2015-09-07
• [学会発表] 大根野生種ハマダイコンにおけるトランスクリプトーム解析 (2015)
  • 著者名/発表者名: 田島直幸・石塚航・花田耕介・清水みなみ・鈴木穣・伊藤元己・彦坂幸毅・森長真一
  • 学会等名: 植物学会第79回大会
  • 発表場所: 朱鷺メッセ新潟（新潟県新潟市）
  • 年月日: 2015-09-07
• [図書] 日本植物学会 編 植物学の百科事典 (2016)
  • 著者名/発表者名: 森長真一
  • 総ページ数: 800
  • 出版者: 丸善出版