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特異的相互作用の進化:植物自家不和合性を用いた理論と再現実験によるアプローチ

公募研究

研究領域進化の制約と方向性 ~微生物から多細胞生物までを貫く表現型進化原理の解明~
研究課題/領域番号 20H04856
研究種目

新学術領域研究(研究領域提案型)

配分区分補助金
審査区分 生物系
研究機関東京大学

研究代表者

土松 隆志  東京大学, 大学院理学系研究科(理学部), 准教授 (60740107)

研究期間 (年度) 2020-04-01 – 2022-03-31
研究課題ステータス 完了 (2021年度)
配分額 *注記
10,270千円 (直接経費: 7,900千円、間接経費: 2,370千円)
2021年度: 5,330千円 (直接経費: 4,100千円、間接経費: 1,230千円)
2020年度: 4,940千円 (直接経費: 3,800千円、間接経費: 1,140千円)
キーワード自家不和合性 / 生殖 / 共進化 / 集団ゲノミクス / シミュレーション
研究開始時の研究の概要

広く植物には、自他の花粉を見分けて自己の花粉のみを排除する自己認識機構「自家不和合性」が知られています。このような仕組みは、花粉側、雌しべ側それぞれで働くタンパク質が特異的に相手を認識することで成り立つと考えられています。本研究は、数理モデルと実験から、自家不和合性の進化を予測・再現することを通して、生物において特異性がうまれる仕組みについての理解を深めることを目標としています。

研究実績の概要

1点目として、野生集団におけるS対立遺伝子多様性の実態把握を行った。アブラナ科ハクサンハタザオ野生集団の約400個体についてリシークエンスデータ及びジェノタイピングからS対立遺伝子の配列同定を行った。その結果、優性レベルの異なる3種類のS対立遺伝子の中において、同一の特異性をもつとされるS対立遺伝子内にも、オス側因子・メス側因子の推定相互作用部位の中に非同義置換が多くみられることを明らかにした。また、ナス科ペチュニア属の自家不和合性個体約190個体についても、ロングリードシーケンサーを用いたRNA-seqによりオス側因子・メス側因子配列を網羅的に同定する新規手法を確立し、計53種類のS対立遺伝子を同定した。最近分化したと考えられるS対立遺伝子のペアを複数発見し、それらの間でオス側因子群のレパートリーの違いを見出すことで、S対立遺伝子の特異性分化の過程を考察した。2点目として、数理モデルによる新規S対立遺伝子進化条件の検討を行った。新規S対立遺伝子の進化と特異性のゆらぎとの関係について数理モデルを用いて検討を行ったところ、認識特異性がゆらいだ中間状態があることで新規S対立遺伝子が進化しやすくなること、またS対立遺伝子の優劣性と進化のしやすさについても関連がみられることが明らかになった。最後に、自家不和合性関連遺伝子を導入したシロイヌナズナを用いて、花粉管伸長、カルシウムシグナリング、花粉発芽のタイミングなどの観点から自家不和合性の表現型を定量する手法を確立し、そのゆらぎの実態を明らかにした。

現在までの達成度 (段落)

令和3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3年度が最終年度であるため、記入しない。

報告書

(2件)
  • 2021 実績報告書
  • 2020 実績報告書
  • 研究成果

    (26件)

すべて 2022 2021 2020 その他

すべて 国際共同研究 (1件) 雑誌論文 (8件) (うち国際共著 4件、 査読あり 8件、 オープンアクセス 6件) 学会発表 (15件) (うち招待講演 4件) 図書 (1件) 備考 (1件)

  • [国際共同研究] University of Lille(フランス)

    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
  • [雑誌論文] The selfing syndrome and beyond: diverse evolutionary consequences of mating system transitions in plants2022

    • 著者名/発表者名
      Takashi Tsuchimatsu, Sota Fujii
    • 雑誌名

      Philosophical Transactions of the Royal Society B

      巻: -

    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Pollen Number and Ribosome Gene Expression Altered in a Genome-Editing Mutant of REDUCED POLLEN NUMBER1 Gene2022

    • 著者名/発表者名
      Kakui Hiroyuki、Tsuchimatsu Takashi、Yamazaki Misako、Hatakeyama Masaomi、Shimizu Kentaro K.
    • 雑誌名

      Frontiers in Plant Science

      巻: 12 ページ: 1-13

    • DOI

      10.3389/fpls.2021.768584

    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
  • [雑誌論文] Development and characterization of nuclear microsatellite markers to reveal the neutral demographic background of flower color polymorphism in <i>Geranium thunbergii</i> (Geraniaceae)2021

    • 著者名/発表者名
      Kurata Seikan、Sakaguchi Shota、Mishima Hitomi、Tsuchimatsu Takashi、Ito Motomi
    • 雑誌名

      Genes & Genetic Systems

      巻: 96 号: 2 ページ: 99-104

    • DOI

      10.1266/ggs.20-00062

    • NAID

      130008064679

    • ISSN
      1341-7568, 1880-5779
    • 年月日
      2021-04-01
    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Evolution of seed mass associated with mating systems in multiple plant families2021

    • 著者名/発表者名
      Tateyama Hirofumi、Chimura Kaori、Tsuchimatsu Takashi
    • 雑誌名

      Journal of Evolutionary Biology

      巻: 34 号: 12 ページ: 1981-1987

    • DOI

      10.1111/jeb.13949

    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Massive rhizobial genomic variations associated with partner quality in Lotus-Mesorhizobium symbiosis2020

    • 著者名/発表者名
      Masaru Bamba, Seishiro Aoki, Tadashi Kajita, Hiroaki Setoguchi, Yasuyuki Watano, Shusei Sato, Takashi Tsuchimatsu
    • 雑誌名

      FEMS Microbiology Ecology

      巻: 96 号: 12

    • DOI

      10.1093/femsec/fiaa202

    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Double-locking mechanism of self-compatibility in Arabidopsis thaliana: the synergistic effect of transcriptional depression and disruption of coding region in the male specificity gene.2020

    • 著者名/発表者名
      Suwabe, K., Nagasaka, K., Windari, E. A., Hoshiai, C., Ota, T., Takada, M., Kitazumi, A., Masuko-Suzuki, H., Kagaya, Y., Yano, K., Tsuchimatsu, T., Shimizu, K. K., Takayama, S., Suzuki, G., and Watanabe, M.
    • 雑誌名

      Frontiers in Plant Science

      巻: 11 ページ: 576140-576140

    • DOI

      10.3389/fpls.2020.576140

    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
  • [雑誌論文] Adaptive reduction of male gamete number in the selfing plant Arabidopsis thaliana2020

    • 著者名/発表者名
      Takashi Tsuchimatsu, Hiroyuki Kakui, Misako Yamazaki, Cindy Marona, Hiroki Tsutsui, Afif Hedhly, Dazhe Meng, Yutaka Sato, Thomas Studler, Ueli Grossniklaus, Masahiro M. Kanaoka, Michael Lenhard, Magnus Nordborg and Kentaro K. Shimizu
    • 雑誌名

      Nature Communications

      巻: 11 号: 1 ページ: 2885-2885

    • DOI

      10.1038/s41467-020-16679-7

    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
  • [雑誌論文] Niche conservatism promotes speciation in cycads: the case of Dioon merolae (Zamiaceae) in Mexico2020

    • 著者名/発表者名
      Gutierrez-Ortega J.S., Salinas-Rodriguez M.M., Ito T., Perez-Farrera M.A., Vovides A.P., Martinez J.F., Molina-Freaner F., Hernandez-Lopez A., Kawaguchi L., Nagano A.J., Kajita T., Watano Y., Tsuchimatsu T., Takahashi Y., Murakami M.
    • 雑誌名

      New Phytologist

      巻: 999 号: 6 ページ: 999-999

    • DOI

      10.1111/nph.16647

    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
    • 査読あり / 国際共著
  • [学会発表] ペチュニア野生集団の自家不和合性遺伝子の網羅的同定とその進化動態2022

    • 著者名/発表者名
      前之園大雅、礒野一帆、畑井美穂、黒沼尊紀、上原浩一、久保健一、渡辺均、土松隆志
    • 学会等名
      日本生態学会第69回全国大会
    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
  • [学会発表] ヒメミカヅキモにおける顕著なゲノムサイズ多型の進化的起源と発現パターンへの影響2022

    • 著者名/発表者名
      川口也和子、土金勇樹、 田中啓介、太治輝昭、豊田敦、西山智明、関本弘之、土松隆志
    • 学会等名
      日本生態学会第69回全国大会
    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
  • [学会発表] 被子植物における自家不和合性の進化と喪失の遺伝的基盤2022

    • 著者名/発表者名
      土松隆志
    • 学会等名
      基生研セミナー
    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] ペチュニア野生集団における自家不和合性遺伝子の網羅的探索と多様性把握2021

    • 著者名/発表者名
      前之園大雅、黒沼尊紀、上原浩一、久保健一、渡辺均、土松隆志
    • 学会等名
      日本植物学会第85回大会
    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
  • [学会発表] ヒメミカヅキモ種内にみられる大規模なゲノムサイズ変異の進化的起源2021

    • 著者名/発表者名
      川口也和子、土金勇樹、 田中啓介、太治輝昭、豊田敦、西山智明、関本弘之、土松隆志
    • 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] ミヤコグサ-根粒菌共生におけるGxG相互作用に関連する植物遺伝子の探索2021

    • 著者名/発表者名
      番場大、青木誠志郎、梶田忠、瀬戸口浩彰、綿野泰行、佐藤修正、土松隆志
    • 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] Doing a postdoc in Europe: On the lab choice, fellowships, and career development2021

    • 著者名/発表者名
      土松隆志
    • 学会等名
      EMBO-MBSJ Forum for Early Career Researchers: International Mobility and Exchange Opportunities for Japanese Early-Career Researchers: Experiences from Europe(第44回日本分子生物学会年会)
    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] 植物の適応戦略をゲノムから探る2021

    • 著者名/発表者名
      土松隆志
    • 学会等名
      千葉大学先進科学センター
    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] 自家不和合性と自家受精の進化のゲノム基盤2020

    • 著者名/発表者名
      土松隆志
    • 学会等名
      オンライン植物研究者の会
    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
  • [学会発表] 野生ペチュニアにおける自家不和合性遺伝子座の網羅的配列解析手法の確立2020

    • 著者名/発表者名
      前之園大雅、黒沼尊紀、上原浩一、渡辺均、土松隆志
    • 学会等名
      日本進化学会第22回大会
    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
  • [学会発表] 全ゲノムデータからみたヒメミカヅキモの自殖系統におけるホメオログ間組み換え2020

    • 著者名/発表者名
      川口也和子、土金勇樹、田中啓介、太治輝昭、豊田敦、西山智明、関本弘之、土松隆志
    • 学会等名
      日本植物学会第84回大会
    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
  • [学会発表] 自殖種は他殖種より種子が小さいか?:メタ解析によるアプローチ2020

    • 著者名/発表者名
      竪山裕文、土松隆志
    • 学会等名
      日本植物学会第84回大会
    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
  • [学会発表] ゲノム量から明らかにするヒメミカヅキモの多様性2020

    • 著者名/発表者名
      土金勇樹、川口也和子、上原浩一、土松隆志
    • 学会等名
      日本植物学会第84回大会
    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
  • [学会発表] マメ科植物-根粒菌共生関係における遺伝子型×遺伝子型 (G×G) 相互作用に関連する植物遺伝子座にかかる自然選択2020

    • 著者名/発表者名
      番場大、青木誠志郎、梶田忠、瀬戸口浩彰、綿野泰行、佐藤修正、土松隆志
    • 学会等名
      日本共生生物学会第4回大会
    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
  • [学会発表] The evolutionary maintenance of diverse self-incompatibility systems in flowering plants2020

    • 著者名/発表者名
      Takashi Tsuchimatsu
    • 学会等名
      第43回日本分子生物学会年会
    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
    • 招待講演
  • [図書] 「マメ科植物の生育を促す根粒菌の多様性解明」『バイオスティミュラントハンドブック ~植物の生理活性プロセスから資材開発、適用事例まで~』2022

    • 著者名/発表者名
      番場大、佐藤修正、土松隆志
    • 総ページ数
      500
    • 出版者
      エヌ・ティー・エス
    • ISBN
      9784860437695
    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
  • [備考] Tsuchimatsu Lab

    • URL

      https://tsuchimatsu.wordpress.com/

    • 関連する報告書
      2021 実績報告書 2020 実績報告書

URL: 

公開日: 2020-04-28   更新日: 2023-12-25  

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