生態ゲノミクスによる野生植物の平行進化機構の解明

2023 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 21H02565
• 研究機関: 京都大学
• 研究代表者: 阪口 翔太 京都大学, 人間・環境学研究科, 助教 (50726809)
• 研究分担者: 久保田 渉誠 株式会社ファスマック, バイオ研究支援事業部, 研究員(移行) (10771701) ; 石川 直子 大阪公立大学, 大学院理学研究科, 特任講師 (20771322) [辞退] ; 福島 慶太郎 福島大学, 食農学類, 准教授 (60549426)
• 研究期間 (年度): 2021-04-01 – 2024-03-31
• キーワード: 平行進化 / 土壌適応 / ゲノム進化 / キク科 / 植物

研究実績の概要

日本には植物の生育阻害を起こす蛇紋岩土壌が島状に分布するが，キク科アキノキリンソウは各地で蛇紋岩土壌に適応し生態型を形成している．本研究ではアキノキリンソウの蛇紋岩型と一般型のゲノム分析を行うことで，離れた蛇紋岩地で同じ遺伝子が適応に関与しているか検証した．また平行選択されている変異について，一般土壌地における分布を調査することで，本種が新規環境に出会った際の潜在適応力を解明することを目指した．5地域（北海道・岩手・長野・三重・佐賀）を対象に，2型のDNAを集団別に等濃度で混合して全ゲノム解読を行った．アレル頻度に基づき集団間の遺伝的関係を推定したところ，地域内の生態型ペアが互いに最も近縁な関係にあり，本種が日本列島で分布を拡大させる過程において平行的に蛇紋岩適応が起きたことが示された．次に5地域の蛇紋岩型集団で共通して分化した遺伝子を特定するために，各地の生態型間で顕著な分化を示すアウトライヤー遺伝子を抽出した．アウトライヤー遺伝子の90%以上は地域特異的に分化したものだったが，41遺伝子は3地域で，3遺伝子は4地域で共通して分化していた．こうした特殊な分化型を示した遺伝子には，Mg, Cd/Zn, Ni等の陽イオン輸送やオーキシン応答に関わる遺伝子が多く含まれ，機能面からも蛇紋岩地で平行選択された可能性が示唆された．また地域を超えて分化した遺伝子には，地理的に近い地域で共通分化するものがあった．例えば，あるMg輸送体遺伝子は，東日本（北海道～長野）では遺伝子上流の変異が土壌間で分化し，土壌適応への関与が疑われた一方，西日本では土壌型を問わず，北日本の蛇紋岩地で優占する変異は検出されなかった．適応候補遺伝子におけるこうした地理的傾向は，アキノキリンソウが地理的分布を拡大する中で蛇紋岩地で適応的となる変異が伝達されず，特定地域で遺伝的分化が生じなかった可能性を示唆している．

現在までの達成度 (段落)

令和5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5年度が最終年度であるため、記入しない。

研究成果

• [雑誌論文] Taxonomy, Biogeography, and Phylogeography of the genus Shortia (Diapensiaceae) (2024)
  • 著者名/発表者名: Gaddy, L.L. and Sakaguchi, S.
  • 雑誌名: Endangered Species Biology 巻: 1 ページ: 1-8
• [雑誌論文] Evaluating the potential of interpopulation outbreeding to rescue plant populations facing reproductive failures (2024)
  • 著者名/発表者名: Sakaguchi, S., Fukumoto, S., Masuda, K., Setoguchi, H., Hirota, K.S., Suyama, Y., Fujiki, D., Miura, R., Yamamoto, K., Ota M. and M., Ishihara, I. M.
  • 雑誌名: Ecological Research 巻: - ページ: -
  • DOI: 10.1111/1440-1703.12472
  • 査読あり
• [雑誌論文] The contrary conservation situations of two local critically endangered species, Vaccinium emarginatum (Ericaceae) and Elatostema platyphyllum (Urticaceae), growing on the edge of the distribution (2023)
  • 著者名/発表者名: Shibabayashi, M., Shimizu, T., Tokuhiro, C., Suyama, Y., Sakaguchi, S., Ito, T., Yu, CC., Chung, KF., Nagasawa, J., Shiuchi, T., Kokubugata, G., Abe, A., Naiki, A., Nagano, A.J. and Isagi, Y.
  • 雑誌名: Frontiers in Ecology and Evolution 巻: - ページ: -
  • DOI: 10.3389/fevo.2023.1093321
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Extreme low pH, not Al3+ is a key abiotic stressor for the formation of an extremophyte (Carex angustisquama, Cyperaceae) in highly acidic solfatara fields (2023)
  • 著者名/発表者名: Nagasawa, K., Fukushima, K., Setoguchi, H., Katsuyama, M. and Sakaguchi, S.
  • 雑誌名: Plant Biology 巻: - ページ: -
  • DOI: 10.1111/plb.13514
  • 査読あり
• [雑誌論文] eDNA metabarcoding analysis reveals the consequence of creating ecosystem-scale refugia from deer grazing for the soil microbial communities (2023)
  • 著者名/発表者名: Kadowaki, K., Honjo, M., Nakamura, N., Kitagawa, Y., Ishihara, M., Matsuoka, S., Tachiki, Y., Fukushima, K., Sakaguchi, S., Mizuki, I., Fujiki, D., Sakai, M. Takayanagi, A., Yamasaki, M., Tokuchi, N., Takahashi, D., Nagasawa, K., and Masuda, K.
  • 雑誌名: Environmental DNA 巻: - ページ: -
  • DOI: 10.1002/edn3.498
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Refugia within refugium of Geranium yesoense varieties: a follow-up study using chloroplast genome sequencing data of specimen from Mt. Asama (2023)
  • 著者名/発表者名: Kurata, S., Sakaguchi, S., Hirota, S., Kurashima, O., Ogawa, R., Suyama, Y., Nishida, S. and Ito, M.
  • 雑誌名: Biological Journal of the Linnean Society 巻: - ページ: -
  • DOI: 10.1093/biolinnean/blad121
  • 査読あり
• [雑誌論文] Genetic consequences of Last Glacial-Holocene changes in snowfall regime in Arnica mallotopus populations;a plant confined to heavy-snow areas of Japan (2023)
  • 著者名/発表者名: Masuda, K., Setoguchi, H., Nagasawa, K., Hirota, S., Suyama, Y., Sawa, K, Fukumoto, S., Ishihara, M., Abe, H., Tsuboi, H., Tango, T., Mori, S.. and Sakaguchi, S.
  • 雑誌名: American Journal of Botany 巻: - ページ: -
  • DOI: 10.1002/ajb2.16275
  • 査読あり
• [雑誌論文] Genetic divergence and ecological adaptation of an eastern North American spring ephemeral Sanguinaria canadensis (2023)
  • 著者名/発表者名: Xia, M., Luo, Y., Suyama, Y., Matsuo, A., Sakaguchi, S., Wang, Y. and Li, P.
  • 雑誌名: Diversity and Distributions 巻: - ページ: -
  • DOI: 10.1002/ajb2.16275
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Phylogeographic incongruence between two related Geranium species with divergent habitat preferences in East Asia (2023)
  • 著者名/発表者名: Kurata, S., Sakaguchi, S., Hirota, S., Kurashima, O., Suyama, Y., and Ito, M.
  • 雑誌名: Ecological Research 巻: - ページ: -
  • DOI: 10.1111/1440-1703.12458
  • 査読あり
• [学会発表] スミレ科オオバキスミレの系統学的および形態学的解析とその系統分類の考察 (2024)
  • 著者名/発表者名: 渡辺蕗, 阪口翔太, いがりまさし, 堀江健二, 内藤健, 坪井勇人, 長澤耕樹, 増田和俊, 渡辺洋一, 藤井紀行, 髙橋大樹, 矢原徹一, 沢和浩, Andrey E. Kozhevnikov, Zoya V. Kozhevnikova, Hyoung-Tak Im, Su-Kil Jang, 陶山佳久, 松尾歩, 廣田峻, 石川直子, 瀬戸口浩彰
  • 学会等名: 日本植物分類学会第23回大会
• [学会発表] 小笠原産ムラサキシキブ属における雌雄異株性の獲得過程で起こったゲノム進化 (2024)
  • 著者名/発表者名: 増田和俊, 瀬戸口浩彰, 長澤耕樹, 鈴木節子, 久保田渉誠, 佐藤真, 永野惇, 阪口翔太
  • 学会等名: 日本植物分類学会第23回大会
• [学会発表] 絶滅危惧種コバトベラの遺伝分析で明らかになった域外保全株のポテンシャル (2024)
  • 著者名/発表者名: 川喜多遥菜, 阪口翔太, 加藤朗子, 加藤英寿, 瀬戸口浩彰
  • 学会等名: 日本植物分類学会第23回大会
• [学会発表] 遺伝解析と形態形質に基づく山陰型タチツボスミレの検証と新種記載 (2024)
  • 著者名/発表者名: Yu Jiaxin, いがりまさし, 須山知香, 植田邦彦, 永野惇, 陶山佳久, 廣田峻, 矢原徹一, 田金秀一郎, 藤原正人, 増田和俊, 瀬戸口浩彰, 阪口翔太
  • 学会等名: 日本植物分類学会第23回大会
• [学会発表] 多雪植物群集の遺伝的分化を探る：25種を対象とした比較系統地理解析 (2024)
  • 著者名/発表者名: 阪口翔太, 長澤耕樹, 増田和俊, 渡辺洋一, 廣田峻, 陶山佳久, 髙橋大樹, 沢和浩, 堀江健二, 坂田ゆず, 坪井勇人, 柳田宏光, 白井伸和, 石原正恵, 福本繁, 藤木大介, 阿部晴恵, 瀬戸口浩彰
  • 学会等名: 日本植物分類学会第23回大会
• [学会発表] 昨日の敵は今日の友 －内生菌の作用によるサワシロギクの蛇紋岩適応－ (2024)
  • 著者名/発表者名: 堀文乃, 林雅貴, 福島慶太郎, 阪口翔太, 石川直子, 伊藤元己, 西野貴子
  • 学会等名: 日本生態学会第71回大会
• [学会発表] 多雪植物群集の遺伝的分化を探る：25種を対象とした比較系統地理解析 (2024)
  • 著者名/発表者名: 阪口翔太, 長澤耕樹, 増田和俊, 渡辺洋一, 廣田峻, 陶山佳久, 髙橋大樹, 沢和浩, 堀江健二, 坂田ゆず, 坪井勇人, 柳田宏光, 白井伸和, 石原正恵, 福本繁, 藤木大介, 阿部晴恵, 瀬戸口浩彰
  • 学会等名: 日本生態学会第71回大会
• [学会発表] 比較発現解析による雌雄異株ムラサキシキブ属の性決定因子の探索 (2024)
  • 著者名/発表者名: 増田和俊, 瀬戸口浩彰, 長澤耕樹, 鈴木節子, 久保田渉誠, 佐藤真, 永野惇, 阪口翔太
  • 学会等名: 日本生態学会第71回大会
• [学会発表] 小笠原諸島で雌雄異株化したムラサキシキブ属の性決定ゲノム進化 (2024)
  • 著者名/発表者名: 増田和俊, 瀬戸口浩彰, 長澤耕樹, 鈴木節子, 久保田渉誠, 佐藤真, 永野惇, 阪口翔太
  • 学会等名: 日本生態学会第71回大会
  • 招待講演
• [学会発表] 全ゲノム解析による屋久島産矮小植物の進化過程の解明 (2024)
  • 著者名/発表者名: 高橋大樹, 陶山佳久, 長澤耕樹, 石川直子, 瀬戸口浩彰, 阪口翔太
  • 学会等名: 日本生態学会第71回大会
  • 招待講演
• [学会発表] The Pacific dispersal route of Capsicum frutescens into Asia (2023)
  • 著者名/発表者名: Yamamoto, S., Koeda, S., Nakano, R., Sakaguchi, S., Nagano, A.J., Tanaka, Y., Kondo, F., Matsushima, K., Komaki, N.
  • 学会等名: The 17th International Conference on Small Island Cultures
  • 国際学会
• [学会発表] Parallel adaptation to ultramafic soils in Solidago virgaurea L. across the Japanese Archipelago (2023)
  • 著者名/発表者名: Takazoe, K., Setoguchi, H., Nagano, A., Ishikawa, N., Horie, K., Ito, M., Sakaguchi, S.
  • 学会等名: The 10th International Conference on Serpentine Ecology
  • 国際学会
• [学会発表] Genomic basis of tolerance to extremely low-pH in an extremophyte (Carex angustisquama, Cyperaceae) in highly acidic volcanic soils in Japan (2023)
  • 著者名/発表者名: Nagasawa, K., Setoguchi, H., Naito, K., Nagano, A., Ishikawa, N. Sakaguchi, S.
  • 学会等名: The 10th International Conference on Serpentine Ecology
  • 国際学会
• [学会発表] Genetic parallelism during recurrent serpentine adaptation in the Eurasian goldenrod in Japan (2023)
  • 著者名/発表者名: Sakaguchi, S., Horie, K., Ishikawa, N., Shigenobu, S., Yamaguchi, K., Hasebe, M., Setoguchi, H., Kubota, S., Kurashima, O., Fukushima, K., Suyama, Y., Hirota, S., Ito M.
  • 学会等名: The 10th International Conference on Serpentine Ecology
  • 国際学会
• [学会発表] MIG-seq法を用いたスミレ科オオバキスミレ群の系統解析 (2023)
  • 著者名/発表者名: 渡辺 蕗, 瀬戸口浩彰, いがりまさし, 堀江健二, 内藤健, 坪井勇人, 長澤耕樹, 増田和俊, 渡辺洋一, 藤井紀, 髙橋大樹, 矢原徹一, 沢和浩, Andrey E. Kozhevnikov, Zoya V. Kozhevnikova, Hyoung-Tak Im, Su-Kil Jang, 陶山佳久, 松尾歩, 廣田峻, 石川直子, 阪口翔太
  • 学会等名: 日本植物学会第87回大会
• [学会発表] 東アジアにおける塩生植物ハマサジの系統地理学的研究 (2023)
  • 著者名/発表者名: 江田悠河, Choi Hyeok Jae, 阪口翔太, 長澤耕樹, 増田和俊, 黒田有寿茂, 陶山佳久, 廣田峻, 髙橋大樹, 瀬戸口浩彰
  • 学会等名: 日本植物学会第87回大会
• [学会発表] Comparison of seasonal variation and species of butterflies and dragonflies inside and outside deer fences (2023)
  • 著者名/発表者名: Izumi, S., Shiojiri, K., Matsuoka, S., Ishihara, M., Mizuki I., Sakaguchi, S., Sakai, M., Takahashi, D., Takayanagi, A., Tachiki, Y., Nagasawa, K., Fukushima, K., Fujikim D., Nagasawa, K., Masuda, K., Yamasaki, M.
  • 学会等名: BITEX to CITEX: What we have learned and what we can transfer?
  • 国際学会
• [学会発表] Phylogeographic incongruence between two related Geranium species with divergent habitat preferences in East Asia (2023)
  • 著者名/発表者名: Kurata, S., Sakaguchi, S., Hirota, S.K., Kurashima, O., Suyama, Y., Ito, M.
  • 学会等名: East Asian Plant Diversity and Conservation Symposium 2023
  • 国際学会
• [学会発表] Continent-wide phylogeography and genetic local adaptation of Eurasian goldenrod (Solidago virgaurea s.l., Asteraceae) (2023)
  • 著者名/発表者名: Sakaguchi, S.
  • 学会等名: East Asian Plant Diversity and Conservation Symposium 2023
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] 小笠原諸島の絶滅危惧種コバトベラPittosporum parvifoliumにおける生息域内・域外保全株の遺伝学的状況 (2023)
  • 著者名/発表者名: 川喜多遥菜, 阪口翔太, 加藤朗子, 加藤英寿, 瀬戸口浩彰
  • 学会等名: 森林遺伝育種学会第12回大会
• [学会発表] 多雪植物群集の遺伝的分化を探る：25種を対象とした比較系統地理解析 (2023)
  • 著者名/発表者名: 阪口翔太, 長澤耕樹, 増田和俊, 渡辺洋一, 廣田峻, 陶山佳久, 髙橋大樹, 沢和浩, 堀江健二, 坂田ゆず, 坪井勇人, 柳田宏光, 白井伸和, 石原正恵, 福本繁, 藤木大介, 阿部晴恵, 瀬戸口浩彰
  • 学会等名: 森林遺伝育種学会第12回大会
• [学会発表] ゲノム分析で紐解く広域分布植物の分布形成史と環境適応 (2023)
  • 著者名/発表者名: 阪口翔太
  • 学会等名: ゲノム分析で紐解く広域分布植物の分布形成史と環境適応
  • 招待講演
• [学会発表] 海洋島で雌雄異株化したムラサキシキブ属の性決定ゲノム進化 (2023)
  • 著者名/発表者名: 増田和俊, 瀬戸口浩彰, 長澤耕樹, 鈴木節子, 久保田渉誠, 佐藤真, 永野惇, 阪口翔太
  • 学会等名: 生態学会近畿地区会
• [図書] 「大学の森」が見た森と里の再生学 ー京都芦生・美山での挑戦 (2023)
  • 著者名/発表者名: 石原正恵・赤石大輔・徳地直子 編（第一章執筆：阪口翔太）
  • 総ページ数: 420
  • 出版者: 京都大学学術出版会
  • ISBN: 9784814005048