台湾産マンネングサ属の平行適応放散をモデルにした網羅的な適応進化プロセスの検証

2019 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 18J01069
• 研究機関: 京都大学
• 研究代表者: 伊東 拓朗 京都大学, 農学研究科, 特別研究員(PD)
• 研究期間 (年度): 2018-04-25 – 2021-03-31
• キーワード: 適応放散 / 適応進化 / 平行進化 / 台湾 / 高山 / 系統地理 / ゲノム

研究実績の概要

ベンケイソウ科マンネングサ属は東アジア地域を一つの多様性の中心に持ち，中でも大陸島台湾の高地環境おいて，劇的に異なる光・水分環境に進出し，種多様化を遂げている．これまでの申請者の研究から，台湾固有のマンネングサ属種は2系統存在し，各系統で異なる光・水分環境に生育する種が急速に進化し，かつ2系統で独立して類似生態シフトと適応形質（葉形態及び光合成特性）を獲得した急速な種多様化（平行適応放散）を遂げていたことが明らかになっている．しかしながらその種分化や適応放散プロセスの解明には至っていないため，本研究では当該種群をモデルとした，網羅的な環境-形態-生理-ゲノムデータに基づく非生物環境への適応放散/進化メカニズムの解明を目的として研究を進めている．
今年度は設置済みの温度，湿度，照度計から環境データの収集を行い，各生育環境の評価ができつつある．ゲノム解析については，9種のゲノムリシーケンスを行った．リシーケンスデータを近年発表された同属種（Sedum album）のリファレンスゲノム（Wai et al. 2019）にマッピングしてデータ解析進めているが，マッピング率が低かった．別途，9種のリシーケンスデータから，葉緑体ゲノムを決定した．来年度は台湾産種１種について従来の計画通り，追加のロングリード配列取得を行うことでリファレンスゲノムの構築を行い，さらに残りの台湾産4種についてもリシーケンスを進め，集団動態解析や自然選択を受けた遺伝子座の検出などを試みる予定である．

現在までの達成度 (区分)

2: おおむね順調に進展している

理由

台湾産マンネングサ属各種の生育環境の温度，湿度，照度の環境特性が明らかになりつつある．適応形質について，これまで調査してきた葉形態や光合成様式に加え，化学成分や根形態もまた適応形質である可能性が示されている．ゲノム解析については，近縁種のリファレンスゲノムにリシーケンスデータをマッピングしたところ，不具合が生じたため，方策を検討中である．また，得られたリシーケンスデータから，別途9種の葉緑体ゲノムを決定することができた．

今後の研究の推進方策

コロナウイルスの影響により海外渡航制限がなされているため，台湾での現地調査が必要である生育環境の評価については，見通しが立っていない．規制が解除され次第，早急に現地調査を行う予定である．ゲノム解析については，台湾産種１種について追加でロングリードのゲノムシーケンスを行うことでリファレンスゲノムを構築する予定である．並行して残りの台湾産マンネングサ属４種についてもリシーケンスを行う予定である．これらのデータを統合して，平行適応放散の進化要因を検証していく予定である．

研究成果

• [国際共同研究] Academia Sinica(その他の国・地域 台湾)
  • 国名: その他の国・地域
  • 外国機関名: Academia Sinica
• [国際共同研究] Zhejiang University/South China Botanical Garden(中国)
  • 国名: 中国
  • 外国機関名: Zhejiang University/South China Botanical Garden
• [国際共同研究] NIBR(韓国)
  • 国名: 韓国
  • 外国機関名: NIBR
• [雑誌論文] Sedum formosanum subsp. miyakojimense (Crassulaceae), a new subspecies from Miyako-jima Island of the Ryukyu Islands, Japan. (2020)
  • 著者名/発表者名: Takuro Ito, Chih-Chieh Yu, Masatsugu Yokota, Goro Kokubugata
  • 雑誌名: Phytokeys 巻: - ページ: -
  • 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 Mexico (2020)
  • 著者名/発表者名: Jose Said Gutierrez-Ortega, Maria Magdalena Salinas-Rodriguez , Takuro Ito, Miguel Angel Perez-Farrera, Andrew P. Vovides , Jose F. Martinez, Francisco Molina-Freaner, Antonio Hernandez-Lopez, Lina Kawaguchi, Atsushi J. Nagano, Tadashi Kajita, Yasuyuki Watano, Takashi Tsuchimatsu , Yuma Takahashi, Masashi Murakami
  • 雑誌名: New Phytologist 巻: - ページ: -
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Radiation history of Asian Asarum (sect. Heterotropa, Aristolochiaceae) resolved using a phylogenomic approach based on double-digested RAD-seq data (2020)
  • 著者名/発表者名: Yudai Okuyama, Nana Goto, Atsushi J. Nagano, Masaki Yasugi, Goro Kokubugata, Hiroshi Kudo, Zhechen Qi, Takuro Ito, Satoshi Kakishima, Takashi Sugawara
  • 雑誌名: Annals of Botany 巻: - ページ: -
  • 査読あり / 国際共著
• [学会発表] 特殊な海流散布能力をもつマンネングサ属種群における海洋島進化 (2020)
  • 著者名/発表者名: 伊東 拓朗, 國府方 吾郎
  • 学会等名: 日本生態学会第67 回大会
• [学会発表] マンネングサ属種群の小笠原諸島における海洋島進化プロセス (2020)
  • 著者名/発表者名: 伊東 拓朗, 後藤 雅文, 中野 秀人, 馬場 隆士, 横田 昌嗣, 國府方 吾郎
  • 学会等名: 日本植物分類学会第19 回大会
• [学会発表] ゲノムワイド SNP データを用いた系統解析から明らかになるテンナンショウ属マムシグサ節の多様化と送粉様式の進化 (2020)
  • 著者名/発表者名: 柿嶋 聡, 松本 哲也, 大野 順一, 星山 耕一, 大西 憲太郎, 伊東 拓朗, 常木 静河, 芹沢 俊介, 邑田 仁, 奥山 雄大
  • 学会等名: 日本植物分類学会第19 回大会
• [学会発表] 多様な環境に適応したキク科ヤマジノギク種群および近縁種の遺伝的関係 (2020)
  • 著者名/発表者名: 中川 さやか, 土畑 重人, 山﨑 皆実, 阪口 翔太, 倉田 正観, 伊東 拓朗, 永野 惇, 瀬戸口 浩彰, 井鷺 裕司, 副島 顕子, 伊藤 元己
  • 学会等名: 日本植物分類学会第19 回大会
• [学会発表] 絶滅危惧種の分布フロント個体群を対象としたゲノムワイド解析 (2020)
  • 著者名/発表者名: 芝林 真友, 伊東 拓朗, 國府方 吾郎, 阿部 篤志, 横田 昌嗣, 遊川 知久, 陶山 佳久, 内貴 章世, 栗田 和紀, 永野 惇, 本庄 三恵, 井鷺 裕司
  • 学会等名: 日本生態学会第67 回大会
• [学会発表] 琉球諸島における非固有性の国内希少植物を対象とした保全遺伝学的解析 (2020)
  • 著者名/発表者名: 德弘 千夏, 井鷺 裕司, 伊東 拓朗, 國府方 吾郎, 阿部 篤志, 内貴 章世, 松尾 歩, 陶山 佳久
  • 学会等名: 日本生態学会第67 回大会