| 研究課題/領域番号 |
22K06361
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| 研究種目 |
基盤研究(C)
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| 配分区分 | 基金 |
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| 応募区分 | 一般 |
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| 審査区分 |
小区分45030:多様性生物学および分類学関連
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| 研究機関 | 大阪公立大学 |
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研究代表者 |
厚井 聡 大阪公立大学, 大学院理学研究科, 准教授 (60470019)
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| 研究分担者 |
相田 光宏 熊本大学, 国際先端科学技術研究機構, 教授 (90311787)
片山 なつ 千葉大学, 大学院理学研究院, 日本学術振興会特別研究員(RPD) (20723638)
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| 研究期間 (年度) |
2022-04-01 – 2025-03-31
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| 研究課題ステータス |
交付 (2022年度)
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| 配分額 *注記 |
4,160千円 (直接経費: 3,200千円、間接経費: 960千円)
2024年度: 520千円 (直接経費: 400千円、間接経費: 120千円)
2023年度: 1,300千円 (直接経費: 1,000千円、間接経費: 300千円)
2022年度: 2,340千円 (直接経費: 1,800千円、間接経費: 540千円)
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| キーワード | カワゴロモ属 / 胚発生 / トリスティカ亜科 / 幼芽の消失 / 長期栽培 / 形態進化 / 発生拘束 / 子葉 / カワゴケソウ科 |
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| 研究開始時の研究の概要 |
生物には進化的に「変わりにくい形質」と「変わりやすい形質」とがある。「子葉を２枚もつ」という形質も，被子植物で広く保存された「変わりにくい」形質である。ところが，カワゴケソウ科の一部の系統で，子葉が２枚から１枚になる進化が繰り返し起こった。この系統では，２枚の子葉の間に生じるはずの芽が失われている。つまり，「芽をつくる」という発生上の制約が解除されたことで，「子葉を２枚もつ」という「変わりにくい形質」が「変わりやすい形質」へ転換した可能性がある。本研究では，その遺伝的要因を明らかにし，芽の消失との関連を解析することで，形質の変わりやすさに対する発生上の制約（発生拘束）の役割を検証する。
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| 研究実績の概要 |
被子植物は、胚発生により2枚の子葉が生じ、その間に幼芽（茎頂分裂組織）が形成される。しかし、水生被子植物のカワゴケソウ科では、幼芽が形成されず、子葉が2枚から1枚になる進化（単子葉化）が繰り返し起こっている。本研究は、幼芽の消失と単子葉化の関連を解析することで、形質の進化的な「変わりやすさ」に対する発生拘束の役割を検証することを目的としている。
令和4年度はカワゴロモ属の双子葉種と単子葉種の胚発生を近縁種間で比較した。その結果、単子葉化に関与した細胞分裂パターンの変更点を明らかにできた。今後、この胚発生における進化的変更点が単子葉化に共通して起こったのかを検証することで、繰り返し起こった単子葉化には単一のメカニズムが関与したのか、別々のメカニズムが関与したのかを明らかにする。
カワゴケソウ科の基部系統であるトリスティカ亜科の一部の種でも、カワゴロモ属と同様に幼芽の消失が起こっていることを明らかにした。この発見は、幼芽の消失がカワゴケソウ科で少なくとも2回独立に起こったことを示しており、胚発生自体が進化しやすくなっていることを示唆している。今後、幼芽の消失が起こったトリスティカ亜科の系統で単子葉化が起こったかどうか調べる。
遺伝子解析に必要なサンプルを実験室で供給可能とするために、カワゴケソウ科の栽培条件を検討し、トリスティカ亜科の一部の種で長期間栽培することに成功した。本条件をカワゴケソウ亜科に属する単子葉種にも適用して栽培を試みる。
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| 現在までの達成度 (区分) |
現在までの達成度 (区分)
3: やや遅れている
理由
今年度は新型コロナの影響により海外でサンプリングを行うことができなかった。次年度以降にサンプリングを行う。その一方で、これまでカワゴケソウ科は栽培が困難だったため、生きたサンプルは野外で入手する以外に方法がなかったが、液体肥料を検討したり、藻類の繁殖を抑えるための熱帯魚やエビ類などを共存させたりすることにより、トリスティカ亜科で長期栽培が可能となった。今後、カワゴロモ属の栽培条件も検討し、遺伝子解析を行うための生きたサンプルを安定的に供給できる体制を整える。
姉妹群である双子葉種Hydrobryum taeniatumと単子葉種H. subcylindiricumの胚発生を比較し、16細胞期から球状胚期に移行する段階の細胞分裂パターンに違いが見られることを明らかにすることができた。今後は、他の姉妹群（近縁種間）でも比較を行い、細胞分裂パターンの変更に共通性が見られるのか検証する。
新たな発見として、カワゴケソウ科の基部系統であるトリスティカ亜科のTerniopsis属でも幼芽が形成されない種（T. savannaketensis）が新たに見つかった。これまでカワゴケソウ亜科のカワゴロモ属が含まれるクレードで幼芽の消失が起こったことが明らかとなっていたが、今回の発見により、幼芽の消失はトリスティカ亜科とカワゴケソウ亜科で独立に2回以上起こったと推定された。
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| 今後の研究の推進方策 |
カワゴロモ属の他の姉妹群（近縁種間）でも比較を行い、細胞分裂パターンの変更に共通性が見られるのか検証する。また、Terniopsis属でも単子葉化が起こっているのか明らかにするために、液浸標本の種子を用いて子葉の枚数を観察する。今後、カワゴロモ属の栽培条件も検討し、遺伝子解析を行うための生きたサンプルを安定的に供給できる体制を整える。また、ラオスでカワゴロモ属の種子を採集し、単子葉種と双子葉種における遺伝子発現の違いを解析する。
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