| 研究課題/領域番号 |
19H00953
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| 研究機関 | 琉球大学 |
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研究代表者 |
酒井 一彦 琉球大学, 熱帯生物圏研究センター, 教授 (50153838)
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| 研究分担者 |
中村 崇 琉球大学, 理学部, 准教授 (40404553)
井口 亮 国立研究開発法人産業技術総合研究所, 地質調査総合センター, 主任研究員 (50547502)
伊藤 通浩 琉球大学, 熱帯生物圏研究センター, 助教 (80711473)
頼末 武史 兵庫県立大学, 自然・環境科学研究所, 准教授 (50766722)
仮屋園 志帆 総合研究大学院大学, 先導科学研究科, 日本学術振興会特別研究員(PD) (00815334)
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| 研究期間 (年度) |
2019-04-01 – 2023-03-31
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| キーワード | 造礁サンゴ / 白化 / 進化的変化 / エピジェネティクス / 褐虫藻 / メタバーコーディング / 微生物叢 / 地球温暖化 |
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| 研究実績の概要 |
昨年度とは異なる地域において、高温ストレス履歴の異なるサンゴ礁で、昨年度と同じく高温ストレスに弱いコユビミドリイシの群体片を採取し、高温ストレス履歴の違いによってサンゴおよび褐虫藻の遺伝的組成とエピジェネティック変異に違いがあるかを、EpiRADSeq法により解析した。
成体サンゴ群体の群体片を、夏季の通常温度と通常温より高い温度条件の水槽で飼育し、DNAメチル化のパターンを比較する実験を、種内と種間で行った。種内実験ではコユビミドリイシを高温ストレスの強いおよび弱いサンゴ礁で採取し、各サンゴ群体から群体片を、遺伝的個体を識別するために元群体が分かるように切出し、異なる水温で約1か月間飼育し、実験中に4回群体片を固定し、EpiRADSeq法でより解析した。種間実験では、コユビミドリイシと高温に強いパリカメノコキクメイシを同じサンゴ礁から採取し、種内実験と同様な実験を行った。また種内および種間実験ともに、メタバーコーディング解析による褐虫藻の種同定と、微生物叢のメタゲノム解析も行った。
サンゴの発生段階で、高温に対するメチル化率が異なるかを検討するために、コユビミドリイシとミドリイシ属の一種の産卵期に親サンゴ、サンゴ幼生、幼生が定着した初期ポリプを産卵期の水温とそれよりも3℃高い温度で飼育し、EpiRADSeq法で解析した。
高水温攪乱を受けた海域として石西礁湖周辺、比較対象として与論島周辺海域での潜水調査を実施し、高温ストレスがサンゴ群集構造に及ぼす影響を検討した。野外において高温ストレスを経験したサンゴ群集において、白化からの回復速度に関して、飼育実験で得られた成長率・光合成効率のデータも合わせて統計モデリングを行った。また、白化前後での褐虫藻種組成の変化をメタバーコーディング解析で追跡した。さらに、各群体の遺伝的変異をRAD-seq法で解析し、群体間の遺伝的類似度を算出した。
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| 現在までの達成度 (区分) |
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
高温ストレスの履歴の異なる恩納村のサンゴ礁4地点から、高温に弱くかつゲノムが解読されているコユビミドリイシのサンゴ片を88群体から採取し、EpiRADSeq解析を行った。得られたショートリードデータをゲノム配列にマッピングして、SNPsデータを抽出することができた。恩納村のデータを、前年度までに本部町海域で行った同様な調査の結果と比較中できた。
メチル化率、微生物叢、褐虫藻とサンゴの高温耐性の関係を明らかにするために、過去に高温ストレスが強かったサンゴ礁と弱かったサンゴ礁各1地点からコユビミドリイシの群体片を採取し、実験室内に常温区（28℃）と高温区（31℃）を設定し、30日間飼育実験を行った。また同一のサンゴ礁から、コユビミドリイシと高温に強いパリカメノコキクメイシ群体片を採取し、同様な実験を行った。両実験とも実験開始前、高温開始時、高温終了時、実験終了後にサンゴ片を固定し、サンゴと褐虫藻のEpiRADSeq解析と、微生物叢のメタゲノム解析、褐虫藻種判別のためのメタバーコーディングを行うことができた。
産卵期にコユビミドリイシとミドリイシ属の1種の親群体を二分割し、産卵期の常温と常温+3℃の高温で飼育し、配偶子を受精させ幼生とし、幼生を定着させ初期ポリプとし、各温度での親サンゴ、幼生、初期ポリプの遺伝子発現を比較することができた。また初期ポリプについて、異なる温度で褐虫藻ありとなしで飼育することに成功し、サンゴと褐虫藻のメチル化を分けて推定する実験系を確立できた。
野外調査によって、高温に弱いミドリイシ属サンゴは中程度の高温ストレスを経験した翌年には、同等の高温ストレスを受けても白化率と死亡率が低下し、高温耐性を向上させたことを示せ、褐虫藻メタバーコーディング解析の結果、高温耐性の向上は褐虫藻種の置き換わりにはよらないことを明らかにできた。
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| 今後の研究の推進方策 |
① 高水温攪乱の程度および頻度が異なると考えられる琉球列島海域南北でのサンゴ群集調査を実施し、白化影響が大きいと考えられるサンゴ種群についての解析を進める。最近更新された対象サンゴ種のリファレンスゲノムを用いたマッピング及びSNPs抽出方法を確立し、環境要因と関連がある遺伝子群の絞り込みを進める。昨年度に再取得した初秋頃に産卵するミドリイシ属サンゴの一種のゲノム配列及びトランスクリプトーム配列の取得とアセンブル・アノテーション情報の整理を行う。得られた配列情報を、これまでゲノム配列が取得されているサンゴ種と比較しながら、遺伝子情報の全容把握を進める。
② 常温区と高温区で、高温に弱いコユビミドリイシと高温に強いパリカメノコキクメイシのサンゴ片を飼育して、エピジェネティックの程度を再度、種間で比較する。コユビミドリイシとミドリイシ属サンゴの一種を対象に産卵直前の複数群体を採取し、破片化して常温区と高温区で産卵させ配偶子取得を行い、親個体への高温ストレスが幼生にエピジェネティックな変化をもたらすかを再検討する。上記2種の幼生を着底・変態させ初期ポリプとして、褐虫藻なしとありの初期ポリプ2群を作成し常温区と高温で飼育し、サンゴと褐虫藻のメチル化率を分離して推定する。
③ ①と②において、褐虫藻の種判別を加え、同種サンゴ間で温度条件の違いにより共生する褐虫藻種組成に違いがあるかを解析する。
④ ①と②で解析するサンゴ片について、その微生物叢も併せて解析し、高温ストレスとサンゴ微生物叢の関係を多角的に検証する。サンゴの高水温耐性能への微生物叢の寄与を直接的に検証するために、親サンゴの微生物叢をサンゴ初期ポリプに移植する実験系を構築する。
⑤ 前年度までの2年間に蓄積したデータの解析を進め、複数の論文原稿を作成し投稿する。また関連学会で成果を発表する。
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