研究課題
特別研究員奨励費
遺伝的多様性の創出機構とその生態学的意義の解明は重要である。森林生態系を形づくる樹木は集団内に高い遺伝的多様性をもつが、近年、樹木個体内にも遺伝的多様性が存在することが明らかとなってきた。本研究では、個体内で生じた体細胞変異が次世代へ受け継がれることで集団の遺伝的多様性を高め、環境の変化に対する樹木の迅速な適応を可能にするという仮説を数理モデルとゲノム解析を融合したアプローチによって検証する。
長寿な樹木の個体内では体細胞突然変異が蓄積する。体細胞変異は成長に伴って拡がり、枝ごとに異なるゲノムをもつ遺伝的にモザイクな個体が形づくられる。樹木では、体細胞変異は各枝から次世代へ受け継がれるため、芽生えの段階では遺伝的に同一であった１個体の樹木から、遺伝的に多様な次世代が生じる。本研究課題では、個体内に蓄積した体細胞変異がどれだけ樹木集団の遺伝的多様性を高め、適応進化に寄与するのか数理モデルとゲノム解析から検証する。令和５年度はとくに、体細胞変異によって生じる個体内の遺伝構造を中心に研究を行なった。まず個体内の遺伝的多様性が、樹木のとる樹形構造に応じてどの様に変化するのかを数理モデルを用いて評価した。遺伝的多様性は枝間の距離が大きくなる程、増加した。茎頂分裂組織内の幹細胞間に遺伝的な異質性がある場合、枝分かれ前の幹の長さも遺伝的多様性の増加に寄与した。また個体内の枝の総延長が一定の場合には、頂芽優勢が強い樹形ほど、個体内の遺伝的多様性が大きくなった。以上の内容は既に論文にまとめ、現在査読中である。また、個体内に蓄えられた遺伝的多様性が進化に与える影響について検証し、注目する生態・進化的現象に応じた適切な遺伝的多様性の指標を提案した。こちらも査読中である。さらに実際の熱帯樹木４個体から得られた体細胞変異のデータをもとに、個体内における体細胞変異の動的な蓄積過程の推定を行っている。体細胞変異を持つ細胞の系譜を追跡することで、樹木の成長における幹細胞系列の維持メカニズムの解明も期待できる。現在、解析を進め論文を執筆中である。並行してゲノム解析および、変動環境への体細胞変異の寄与のモデル解析の準備も行なっている。加えて新たに、体細胞変異と生殖細胞変異それぞれの進化への寄与を数理的に評価する研究を進めている。当初予定していた研究計画に加え、新規研究の進展もあり、順調に進んでいる。
2: おおむね順調に進展している
令和５年度はとくに、体細胞変異によって生じる個体内の遺伝構造を中心に研究を行なった。まず個体内の遺伝的多様性が、樹木のとる樹形構造に応じてどの様に変化するのかを数理モデルを用いて評価した。遺伝的多様性は枝間の距離が大きくなる程、増加した。茎頂分裂組織内の幹細胞間に遺伝的な異質性がある場合、枝分かれ前の幹の長さも遺伝的多様性の増加に寄与した。また個体内の枝の総延長が一定の場合には、頂芽優勢が強い樹形ほど、個体内の遺伝的多様性が大きくなった。以上の内容は既に論文にまとめ、現在査読中である。また、個体内に蓄えられた遺伝的多様性が進化に与える影響について検証し、注目する生態・進化的現象に応じた適切な遺伝的多様性の指標を提案した。こちらも査読中である。さらに実際の熱帯樹木４個体から得られた体細胞変異のデータをもとに、個体内における体細胞変異の動的な蓄積過程の推定を行っている。体細胞変異を持つ細胞の系譜を追跡することで、樹木の成長における幹細胞系列の維持メカニズムの解明も期待できる。現在、解析を進め論文を執筆中である。並行してゲノム解析および、変動環境への体細胞変異の寄与のモデル解析の準備も行なっている。加えて新たに、体細胞変異と生殖細胞変異それぞれの進化への寄与を数理的に評価する研究を進めている。当初予定していた研究計画に加え、新規研究の進展もあり、順調に進んでいる。
令和６年度以降は、(i) ゲノム解析による亜寒帯樹木の体細胞変異の検出、および(ii) 体細胞変異が樹木集団の適応に与える影響を調べる。まず(i)では、既存のリファレンスゲノムを用いて体細胞変異の検出がどの程度可能か検証するとともに、パイプラインを構築する。その後、必要に応じて当該個体から作成したリファレンスゲノムを用いて、体細胞変異の検出を高精度で行う。得られたデータをもとに、数理モデルを用いて亜寒帯樹木個体内での体細胞変異ダイナミクスを推定する。次に(ii)では、まず令和５年度に着想した新規研究、体細胞変異と生殖細胞変異それぞれの進化への寄与の数理的評価を論文にまとめ投稿する。並行して、体細胞変異による変動環境への適応を数理モデルにより検証する。その後、(i)で得られたデータと統合しモデルの検証を行う。
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bioRxiv
巻: -
10.1101/2024.02.24.581556
eLife
巻: 12
10.7554/elife.88456.1
10.1101/2023.10.02.560431
