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概日時計が概日である意義:水田ウキクサ開花時期の多様化・局所適応からの実証

研究課題

研究課題/領域番号 20J00255
研究種目

特別研究員奨励費

配分区分補助金
応募区分国内
審査区分 小区分45040:生態学および環境学関連
研究機関鹿児島大学

研究代表者

村中 智明  鹿児島大学, 農学部, 特別研究員(PD)

研究期間 (年度) 2020-04-24 – 2023-03-31
研究課題ステータス 完了 (2022年度)
配分額 *注記
4,810千円 (直接経費: 3,700千円、間接経費: 1,110千円)
2022年度: 1,560千円 (直接経費: 1,200千円、間接経費: 360千円)
2021年度: 1,560千円 (直接経費: 1,200千円、間接経費: 360千円)
2020年度: 1,690千円 (直接経費: 1,300千円、間接経費: 390千円)
キーワード光周性 / 局所適応 / 概日リズム / アオウキクサ / 多様性 / 概日時計 / 発光レポーター / 緯度クライン
研究開始時の研究の概要

日本は南北に長く様々な環境を内包しており、広域分布種の形質は、しばしば遺伝的に分化した局所適応を示す。本研究では、水田雑草アオウキクサを材料に、開花時期を決定する花成誘導日長の多様化、およびその分子基盤を解明する。日本産アオウキクサの誘導日長は、南北間に加え、同一緯度帯に大きな多様性が見られる。これは水田の多様な栽培暦への局所適応の可能性がある。さらに、概日リズム周期と誘導日長に相関がみられ、概日時計の周期多様性が誘導日長多様化のリソースとなる可能性が示唆された。そこで、水田環境・誘導日長・概日時計の多様性に対し、生態・分子・遺伝と多方面から解析を進め、局所適応の分子機構を解明する。

研究実績の概要

単子葉類アオウキクサ属の長日植物イボウキクサと短日植物アオウキクサは実験室での日長処理により短期間で花成を誘導できるため、光周性のモデル植物として生理実験に利用されてきた。一方で、光周性の分子機構の解析は不十分であり、同属内で日長応答が逆転している理由も不明であった。そこで、イボウキクサ、アオウキクサに対し、短日・長日条件で2時間毎の日周サンプリングを行い、RNA-seqによるトランスクリプトーム解析を行った。開花条件でのみ発現するFT遺伝子のホモログが同定され、イボウキクサでは長日条件の夜と昼に2つのピークを持つ発現パターンを、アオウキクサでは短日条件の夜の後半でのみ発現するパターンを示した。アミノ酸配列をもとに系統樹を作成したところ、イボウキクサとアオウキクサのFTホモログは別のクレードとなった。アオウキクサのFTホモログは、他の単子葉植物で短日誘導が報告されたFTホモログと同じクレードになった。興味深いことに、イボウキクサも、アオウキクサのFTホモログと同じクレードで、短日条件の夜の後半で発現するFTホモログを有していた。イボウキクサは短日条件で開花しないので、このアオウキクサ型FTホモログは、花成誘導能を持っていないか、他の遺伝子から機能阻害を受ける可能性が高い。現在、これらのFTホモログの機能解析を進めている。
アオウキクサの常緑越冬系統、常時開花系統についてリシーケンスを実施した。リファレンスであるアオウキクサゲノムは、RNA-seqデータによるアノテーションを進めている。アオウキクサ2倍体系統について、5回自殖による純系系統を樹立した。今後の分子生物学的解析は本系統をモデルとして展開する予定である。

現在までの達成度 (段落)

令和4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4年度が最終年度であるため、記入しない。

報告書

(3件)
  • 2022 実績報告書
  • 2021 実績報告書
  • 2020 実績報告書
  • 研究成果

    (19件)

すべて 2023 2022 2021 2020

すべて 雑誌論文 (5件) (うち査読あり 5件、 オープンアクセス 2件) 学会発表 (14件) (うち国際学会 1件、 招待講演 4件)

  • [雑誌論文] A non-cell-autonomous circadian rhythm of bioluminescence reporter activities in individual duckweed cells2023

    • 著者名/発表者名
      Watanabe Emiri、Muranaka Tomoaki、Nakamura Shunji、Isoda Minako、Horikawa Yu、Aiso Tsuyoshi、Ito Shogo、Oyama Tokitaka
    • 雑誌名

      Plant Physiology

      巻: kiad218 号: 1 ページ: 677-688

    • DOI

      10.1093/plphys/kiad218

    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Circadian-period variation underlies the local adaptation of photoperiodism in the short-day plant Lemna aequinoctialis2022

    • 著者名/発表者名
      Muranaka Tomoaki、Ito Shogo、Kudoh Hiroshi、Oyama Tokitaka
    • 雑誌名

      iScience

      巻: 25 号: 7 ページ: 104634-104634

    • DOI

      10.1016/j.isci.2022.104634

    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Multifunctional chemical inhibitors of the florigen activation?complex discovered by structure‐based high‐throughput screening2022

    • 著者名/発表者名
      Taoka Ken‐ichiro、Kawahara Ikumi、Shinya Shoko、Harada Ken‐ichi、Yamashita Eiki、Shimatani Zenpei、Furuita Kyoko、Muranaka Tomoaki、Oyama Tokitaka、Terada Rie、Nakagawa Atsushi、Fujiwara Toshimichi、Tsuji Hiroyuki、Kojima Chojiro
    • 雑誌名

      The Plant Journal

      巻: 112 号: 6 ページ: 1337-1349

    • DOI

      10.1111/tpj.16008

    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Effects of fruit dimorphism on genetic structure and gene flow in the coastal shrub Scaevola taccada2022

    • 著者名/発表者名
      Naoko Emura, Tomoaki Muranaka, Takaya Iwasaki, Mie N Honjo, Atsushi J Nagano, Yuji Isagi, Hiroshi Kudoh
    • 雑誌名

      Annals of Botany

      巻: 130 号: 7 ページ: 1029-1040

    • DOI

      10.1093/aob/mcac138

    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Detection of uncoupled circadian rhythms in individual cells of Lemna minor using a dual-color bioluminescence monitoring system2021

    • 著者名/発表者名
      Watanabe Emiri、Isoda Minako、Muranaka Tomoaki、Ito Shogo、Oyama Tokitaka
    • 雑誌名

      Plant and Cell Physiology

      巻: - 号: 5 ページ: 815-826

    • DOI

      10.1093/pcp/pcab037

    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
    • 査読あり
  • [学会発表] ウキクサ植物:花成制御多様化の古くて新しいモデル2023

    • 著者名/発表者名
      村中智明
    • 学会等名
      第70回日本生態学会大会
    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] 短日性アオウキクサの花成限界日長が日本で多様化する理由とその分子機構2022

    • 著者名/発表者名
      村中智明、伊藤照悟、工藤洋、小山時隆
    • 学会等名
      日本植物学会第86回大会
    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] アオウキクサ属の長日・短日植物の比較トランスクリプトーム2022

    • 著者名/発表者名
      村中智明、伊藤照悟、小山時隆
    • 学会等名
      第54回種生物学会シンポジウム
    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
  • [学会発表] アオウキクサ属における 長日植物と短日植物の 比較トランスクリプトーム2022

    • 著者名/発表者名
      村中智明、伊藤照悟、工藤洋、小山時隆
    • 学会等名
      第29回時間生物学会学術大会
    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
  • [学会発表] クロノタイプ効果による適応形質の多様化:短日植物における限界日長の局所適応2022

    • 著者名/発表者名
      村中智明, 工藤洋, 伊藤照悟, 小山時隆
    • 学会等名
      第69回日本生態学会大会
    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
  • [学会発表] 3つの日長条件における短日性ウキクサの日周トランスクリプトーム2022

    • 著者名/発表者名
      村中智明
    • 学会等名
      第63回植物生理学会年会
    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
  • [学会発表] Natural variation of the circadian period contributes to fine-tuning of photoperiodic flowering2021

    • 著者名/発表者名
      Tomoaki Muranaka, Hiroshi Kudoh, Tokitaka Oyama
    • 学会等名
      85th Cold Spring Harbor Laboratory Symposium on Quantitative Biology Biological Time Keeping
    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] 局所適応におけるクロノタイプ効果:アオウキクサの開花期多様化からの検証2021

    • 著者名/発表者名
      村中智明, 伊藤照悟, 工藤洋, 小山時隆
    • 学会等名
      日本進化学会第23回東京大会
    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
  • [学会発表] 局所適応におけるクロノタイプ効果:短日性アオウキクサの限界日長多様化からの検証2021

    • 著者名/発表者名
      村中智明, 伊藤照悟, 工藤洋, 小山時隆
    • 学会等名
      第28回 日本時間生物学会学術大会
    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
  • [学会発表] 早稲・晩稲水田におけるアオウキクサ開花フェノロジー2021

    • 著者名/発表者名
      村中智明
    • 学会等名
      第53回 種生物学シンポジウム
    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
  • [学会発表] 概日周期の多様性がもたらす限界日長の多様性2021

    • 著者名/発表者名
      村中智明、工藤洋、小山時隆
    • 学会等名
      第62回日本植物生理学会年会
    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
  • [学会発表] Monitoring cellular circadian rhythms in an intact plant2020

    • 著者名/発表者名
      村中智明、小山時隆
    • 学会等名
      第93回日本生化学会大会
    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] 冷たい世界で時を刻むものは何か2020

    • 著者名/発表者名
      村中智明、本庄三恵、川越哲博、 永野惇、工藤洋
    • 学会等名
      第27回日本時間生物学会学術大会
    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] 日本産アオウキクサの集団内・集団間における形質相関2020

    • 著者名/発表者名
      村中智明、工藤洋、小山時隆
    • 学会等名
      第52回種生物学シンポジウム
    • 関連する報告書
      2020 実績報告書

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公開日: 2020-07-07   更新日: 2024-03-26  

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