湿地性針葉樹ヌマスギの水環境適応を担う遺伝子基盤の解明

• 研究課題/領域番号: 16K07466
• 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: 進化生物学
• 研究機関: 九州大学
• 研究代表者: 楠見 淳子 九州大学, 比較社会文化研究院, 准教授 (20510522)
• 研究分担者: 岩永 史子 鳥取大学, 農学部, 講師 (50548683) ; 飯塚 勝 福岡女子大学, 国際文理学部, 学術研究員 (20202830)
• 研究期間 (年度): 2016-10-21 – 2020-03-31
• 研究課題ステータス: 完了 (2019年度)
• 配分額: 4,940千円 (直接経費: 3,800千円、間接経費: 1,140千円); 2018年度: 910千円 (直接経費: 700千円、間接経費: 210千円); 2017年度: 1,430千円 (直接経費: 1,100千円、間接経費: 330千円); 2016年度: 2,600千円 (直接経費: 2,000千円、間接経費: 600千円)
• キーワード: トランスクリプトーム / 環境応答 / Taxodium / 水環境応答 / 湿地性針葉樹木 / 湿地性針葉樹 / 水環境適応 / 正の淘汰の検出 / トランスクリプトーム解析 / 自然淘汰 / 集団遺伝学 / 環境 / 遺伝子 / 進化

研究成果の概要

本研究は湿地性針葉樹ヌマスギ(Taxodium distichum)の水環境への適応に着目し、環境適応に関わる遺伝子の探索を行なった。５つの環境条件、乾燥、冠水、低塩（1 ppt, 5 ppt）高塩（10 ppt）においてヌマスギの稚樹を最大２週間生育し、根、葉組織のトランスクリプトーム解析を行なった。その結果、ストレス環境下では、転写因子、イオンチャネル、トランスポーター、酸化還元酵素の遺伝子の発現が即座に増加し、さらに１～２週間程度で、二次代謝産物合成、細胞壁構造の改変、老化促進、成長抑制に関わる遺伝子の発現増加および光合成や呼吸に関わる遺伝子の発現減少があることを明らかにした。

研究成果の学術的意義や社会的意義

本研究では、様々な環境下での遺伝子発現の経時変化の解析から、ヌマスギが季節的もしくは突発的におこる生息環境変化に対し、即時的な応答だけでなく、細胞の代謝活性抑制、二次代謝生成、細胞壁構造の改変、葉の老化など、漸次の応答を行い個体の生存を維持していることを遺伝子レベルで検証することができた。これは、これまであまり知られていない針葉樹の環境適応のメカニズムと適応的形質の進化過程を考えるうえで重要な知見となる。

研究成果

• [雑誌論文] Population genetic analysis of two species of Distylium: D. racemosum growing in East Asian evergreen broad-leaved forests and D. lepidotum endemic to the Ogasawara (Bonin) Islands (2019)
  • 著者名/発表者名: Yagi, H., Xu, J., Moriguchi, N., Miyagi, R., Moritsuka, E., Sato, E., Sugai, K., Setsuko, S., Torimaru, T., Yamamoto, S., Takahashi, A., Tamura, K., Tachida, H., Teshima, K.M., Kusumi, J.,
  • 雑誌名: Tree Genetics & Genomes 巻: 15 号: 6 ページ: 77-77
  • DOI: 10.1007/s11295-019-1386-x
  • 査読あり
• [雑誌論文] Inferring the demographic history of Japanese cedar, Cryptomeria japonica, using amplicon sequencing (2019)
  • 著者名/発表者名: Moriguchi Natsuki、Uchiyama Kentaro、Miyagi Ryutaro、Moritsuka Etsuko、Takahashi Aya、Tamura Koichiro、Tsumura Yoshihiko、Teshima Kosuke M.、Tachida Hidenori、Kusumi Junko
  • 雑誌名: Heredity 巻: - 号: 3 ページ: 371-383
  • DOI: 10.1038/s41437-019-0198-y
  • 査読あり
• [雑誌論文] The Effect of Two Amino acid Residue Substitutions via RNA Editing on Dark-operative Protochlorophyllide Oxidoreductase in the Black Pine Chloroplasts (2017)
  • 著者名/発表者名: Yamamoto Haruki、Kusumi Junko、Yamakawa Hisanori、Fujita Yuichi
  • 雑誌名: Scientific Reports 巻: 7 号: 1 ページ: 2377-2377
  • DOI: 10.1038/s41598-017-02630-2
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] nferences of population structure and demographic history for Taxodium distichum , a coniferous tree in North America, based on amplicon sequencing analysis. (2016)
  • 著者名/発表者名: Y. Ikezaki, Y. Suyama, B. A. Middleton, Y. Tsumura, K. Teshima, H. Tachida, and J. Kusumi
  • 雑誌名: American Journal of Botany 巻: 103 号: 11 ページ: 1937-1949
  • DOI: 10.3732/ajb.1600046
  • 査読あり / 国際共著 / 謝辞記載あり
• [学会発表] 一年草・多年草・樹木間でDNA修復能力に違いがあるか？：DNA修復遺伝子コピー数比較による分析 (2019)
  • 著者名/発表者名: 青柳 優太、楠見 淳子、佐竹 暁子
  • 学会等名: 第51回種生物学シンポジウム
• [学会発表] ブナ科植物における開花遺伝子の種間比較と発現分析 (2019)
  • 著者名/発表者名: 澤崎裕太、御代川涼、北島薫、楠見淳子、佐竹暁子
  • 学会等名: 第66回日本生態学会大会
• [学会発表] イスノキ（Distylium racemosum）と近縁種シマイスノキ（D. lepidotum）の集団遺伝学的解析 (2018)
  • 著者名/発表者名: 八木瞳、許傑、森口夏季、宮城龍太郎、森塚絵津子、佐藤衣里、須貝杏子、鈴木節子、西村尚之、山本 進一、高橋文、田村浩一郎、手島康介、楠見淳子、舘田英典
  • 学会等名: 日本遺伝学会第90回大会
• [学会発表] アンプリコンシークエンス解析による塩基配列多型データに基づく針葉樹スギ（Cryptomeria japonica）の集団史の推定 (2017)
  • 著者名/発表者名: 森口夏季、内山憲太郎、宮城竜太郎、高橋文、田村浩一郎、津村義彦、手島康介、楠見淳子、舘田英典
  • 学会等名: 日本遺伝学会 第89回大会