寄生植物の収斂進化を支える分子基盤

2015 年度 実施状況報告書

• 研究課題/領域番号: 15K18589
• 研究機関: 国立研究開発法人理化学研究所
• 研究代表者: 市橋 泰範 国立研究開発法人理化学研究所, 環境資源科学研究センター, 基礎科学特別研究員 (20723810)
• 研究期間 (年度): 2015-04-01 – 2017-03-31
• キーワード: 形態進化 / トランスクリプトーム / ネットワーク / 寄生植物 / 収斂進化

研究実績の概要

本研究では、寄生植物の収斂進化を可能とした分子基盤を明らかにするため、独立に進化した寄生植物種を対象に大規模トランスクリプトーム解析を利用した分子遺伝学的解析を行う。平成27年度計画内で設定していた寄生植物カナビキソウ、ヤドリギ、スナヅルの栽培系はいずれにおいても確立することができなかったが、カナビキソウについては野外から十分量のサンプルを得ることができたため、RNA-seq解析を行った。この野外からのサンプルは、種同定が困難な宿主の根を含む組織のため解析が困難であったが、生物学的反復を増やした実験デザインとBioinformatics解析上での厳密なフィルタリングを行うことにより、カナビキソウ由来のトランスクリプトームデータを取得することができ、高い精度のDe novo assembled contigsを得ることに成功した。加えて、先行して行ったストライガとネナシカズラのトランスクリプトームに対して、カナビキソウのデータを比較することで、寄生のキー遺伝子候補をさらに絞ることができた。そのうち候補遺伝子一つについて、機能破壊のCRISPR、過剰発現、転写抑制SRDX、プロモーター活性の解析用コンストラクションを行い機能解析の準備を進めた。また当該年度で計画していたストライガとネナシカズラの形質転換系の確立においても幾つかの条件検討をしたが実用できるほどの改良に至らなかった。そこで代替案として計画していたハマウツボ科植物コシオガマでのHairy root 形質転換系を利用することにした。一方で、このコシオガマは本研究のトランスクリプトーム解析の対象ではなかったが、機能解析に利用する上でも網羅的遺伝子発現データは必要な情報になるため、コシオガマの吸器形成における詳細なトランスクリプトーム解析を行った。

現在までの達成度 (区分)

1: 当初の計画以上に進展している

理由

幾つか実験上で難解な部分があったが、いずれも計画当初における想定していた代替案により目的通り研究計画を進めることができた。また得られた結果が期待以上だったので、さらに翌年度の計画の内容を先取りして進めることができた。

今後の研究の推進方策

カナビキソウ及びコシオガマのトランスクリプトームプロフィリングを原著論文として発表する。本プロジェクトで取得したすべての寄生植物のトランスクリプトームデータを統合的に解析して、系統を超えて寄生植物が吸器形成に利用する遺伝子制御ネットワークの構造を推定する。これらの解析で得られる、及びすでに得られた候補因子についてコシオガマのHairy root 形質転換系を利用した機能解析、及び非寄生植物のシロイヌナズナでの解析を通して、吸器形成で働く遺伝子制御ネットワークを制御する上流因子が進化上繰り返し変化することで寄生植物の収斂進化が生じる可能性を検証する。

研究成果

• [雑誌論文] Transcriptomic analysis suggests a key role for SQUAMOSA PROMOTER BINDING PROTEIN LIKE, NAC and YUCCA genes in the heteroblastic development of the temperate rainforest tree Gevuina avellana (Proteaceae) (2016)
  • 著者名/発表者名: Ostria-Gallardo E, Ranjan A, Chitwood DH, Kumar R, Townsley BT, Ichihashi Y, Corcuera LJ, and Sinha NR
  • 雑誌名: New Phytologist 巻: 210 ページ: 694-708
  • DOI: 10.1111/nph.13776
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Light-induced indeterminacy alters shade avoiding tomato leaf morphology (2015)
  • 著者名/発表者名: Chitwood DH, Kumar R,Ranjan A, Pelletier JM, Townsley B, Ichihashi Y, Martinez CC, Zumstein K, Harada JJ, Maloof JN, and Sinha N
  • 雑誌名: Plant Physiology 巻: 169 ページ: 2030-2047
  • DOI: http://dx.doi.org/10.1104/pp.15.01229
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Behavior of Leaf Meristems and Their Modification (2015)
  • 著者名/発表者名: Ichihashi Y, Tsukaya H
  • 雑誌名: Frontiers in Plant Science 巻: 6 ページ: 1060
  • DOI: http://dx.doi.org/10.3389/fpls.2015.01060
  • 査読あり / オープンアクセス / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Developmental mechanism underpinning leaf shape evolution (2015)
  • 著者名/発表者名: Ichihashi Y
  • 雑誌名: Plant Morphology 巻: 26 ページ: 43-50
• [雑誌論文] Transcriptomics exposes the uniqueness of parasitic plants (2015)
  • 著者名/発表者名: Ichihashi Y, Mutuku JM, Yoshida S, Shirasu K
  • 雑誌名: Briefings in Functional Genomics 巻: 14 ページ: 275-282
  • DOI: 10.1093/bfgp/elv001
  • 査読あり
• [雑誌論文] BrAD-seq: Breath Adapter Directional sequencing: a streamlined, ultra-simple and fast library preparation protocol for strand specific mRNA library construction (2015)
  • 著者名/発表者名: Townsley BT, Covington MF, Ichihashi Y, Zumstein K, Sinha NR
  • 雑誌名: Frontiers in Plant Science 巻: 6 ページ: 366
  • DOI: http://dx.doi.org/10.3389/fpls.2015.00366
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] The WRKY45-dependent signaling pathway is required for resistance against Striga parasitism (2015)
  • 著者名/発表者名: Mutuku JM, Yoshida S, Shimizu T, Ichihashi Y, Wakatake T, Seo M, Takahashi A, Shirasu K
  • 雑誌名: Plant Physiology 巻: 168 ページ: 1152-1163
  • DOI: http://dx.doi.org/10.1104/pp.114.256404
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Shade avoidance components and pathways in adult plants revealed by phenotypic profiling (2015)
  • 著者名/発表者名: Nozue K, Tat A, Devisetty UK, Robinson M, Ichihashi Y, Lekkala S, Maloof J
  • 雑誌名: PLOS Genetics 巻: 11 ページ: e1004953
  • DOI: http://dx.doi.org/10.1371/journal.pgen.1004953
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [学会発表] Dissecting an opportunistic relationship between parasitic plant and host (2016)
  • 著者名/発表者名: Yasunori Ichihashi, Takanori Wakatake, Akiko Yoshida, Noriko Maki, Arisa Shibata, Junko Kyozuka, Ken Shirasu
  • 学会等名: 第57回日本植物生理学会年会
  • 発表場所: 岩手大学上田キャンパス（岩手県・盛岡市）
  • 年月日: 2016-03-18 – 2016-03-20
• [学会発表] 転写制御ダイナミクスの比較解析 - 葉の発生の種間変異を例に (2015)
  • 著者名/発表者名: 市橋泰範, 福島敦史, Chitwood D.H., Headland L.R., Kao J., Peng J., 白須賢, Sinha N
  • 学会等名: 日本植物学会第79回大会
  • 発表場所: 新潟コンベンションセンター（新潟県・新潟市）
  • 年月日: 2015-09-06 – 2015-09-08
• [学会発表] 共発現ネットワーク解析で明らかにするトマト近縁種の葉の形態進化 (2015)
  • 著者名/発表者名: 市橋泰範, Aguilar-Martínez J. A., Farhi M., Chitwood D, H,, Kumar R., Millon L. V., Peng J., Maloof J. N. and Sinha N. R.
  • 学会等名: 日本植物学会第79回大会
  • 発表場所: 新潟コンベンションセンター（新潟県・新潟市）
  • 年月日: 2015-09-06 – 2015-09-08
• [学会発表] 寄生植物􏰀収斂進化を可能とした遺伝的メカニズム (2015)
  • 著者名/発表者名: 市橋泰範, 吉田聡子, Sinha N. 白須賢
  • 学会等名: 日本植物形態学会第 27 回大会
  • 発表場所: 新潟コンベンションセンター（新潟県・新潟市）
  • 年月日: 2015-09-05 – 2015-09-05
• [学会発表] 植物の進化発生学における比較トランスクリプトーム解析 (2015)
  • 著者名/発表者名: 市橋泰範
  • 学会等名: 日本線虫学会第23回大会
  • 発表場所: 中部大学三浦記念会館（愛知県・名古屋市）
  • 年月日: 2015-09-02 – 2015-09-04
  • 招待講演
• [学会発表] Molecular Basis for the Convergent Evolution of Parasitism in Plants (2015)
  • 著者名/発表者名: Ichihashi Y, Yoshida S, Sinha N, Shirasu K
  • 学会等名: The 13th World Congress on Parasitic Plants
  • 発表場所: Kunming (China)
  • 年月日: 2015-07-05 – 2015-07-10
  • 国際学会
• [学会発表] 寄生植物の収斂進化を支える分子基盤 (2015)
  • 著者名/発表者名: 市橋泰範, 吉田聡子, Sinha N. 白須賢
  • 学会等名: 第8回Evo-devo青年の会
  • 発表場所: 名古屋大学理学南館（愛知県・名古屋市）
  • 年月日: 2015-06-27 – 2015-06-28