受精遅延が促進する開花時期多様化と種分化メカニズムの解明

2022 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 21H04781
• 研究機関: 九州大学
• 研究代表者: 佐竹 暁子 九州大学, 理学研究院, 教授 (70506237)
• 研究分担者: 金岡 雅浩 名古屋大学, 理学研究科, 講師 (10467277) ; 三輪 京子 北海道大学, 地球環境科学研究院, 准教授 (50570587)
• 研究期間 (年度): 2021-04-05 – 2025-03-31
• キーワード: 植物フェノロジー / 受精遅延 / ブナ科 / 環境応答 / 遺伝子発現 / ゲノム / 花粉管

研究実績の概要

引き続き福岡県に分布するマテバシイ属マテバシイ（2年成）とアラカシ（1年成）を対象に同一環境に生息し、開花時期と受精遅延期間が異なるブナ科樹木近縁種ペアを対象に、野外トランスクリプトーム解析を実施した。前年度に解読されたアラカシとマテバシイゲノムの遺伝子予測において、複数の重要な遺伝子が予測されていないという問題があったため、より精度の高い遺伝子予測を行った結果、それぞれゲノムサイズは800から900Mbであり遺伝子数は39,750個と34,059個であると予測された。OrthoFinderを用いてオルソログを推定した結果、アラカシとマテバシイの遺伝子のうち半数以上が1:1ペアのオルロログであることが明らかとなった。この1:1ペアの遺伝子を対象に、野外における遺伝子発現ダイナミクスの種間比較を実施することにした。日本には1年成のマテバシイ属は分布していないが、台湾南部には1年成マテバシイの小規模な集団が存在する。今年度は台湾との共同研究として調査を開始し、台湾に生息する1年成マテバシイを対象とした貴重なサンプルの採取を実施した。さらに、マテバシイとアラカシの雌花を解剖し切片の作成・観察を進めることで、花粉管のイメージングを実施した。

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

・国内のフィールド調査と遺伝子発現解析は引き続き順調に進んでいる。
・台湾に生息する1年成マテバシイを対象としたフィールド調査を順調に推進している。
・極めて硬い雌花を対象とした切片の作成は困難であったが、実験プロセスを工夫することで花粉管のイメージングが可能となった。

今後の研究の推進方策

マテバシイとアラカシの花粉管のイメージングの準備が整ったため、本成果をもとに異なる季節に採取されたより多くのサンプルを用いた分析を実施する。シリブカガシやスダジイへも対象を広げた種間比較を行うことで、花粉管が伸長を停止するタイミングと場所を特定する。

研究成果

• [雑誌論文] Latitudinal cline of flowering and fruiting phenology in Fagaceae in Asia (2023)
  • 著者名/発表者名: Quenta Araye, Tetsukazu Yahara, Akiko Satake
  • 雑誌名: bio TROPICA 巻: 55 ページ: 277-285
  • DOI: 10.1111/btp.13184
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Seasonal gene-expression signatures of delayed fertilization in Fagaceae (2023)
  • 著者名/発表者名: Akiko Satake, Kayoko Ohta, Noriko Takeda-Kamiya, Kiminori Toyooka, Junko Kusumi
  • 雑誌名: Molecular Ecology 巻: 32 ページ: 4801-4813
  • DOI: 10.1101/2023.03.02.530775
• [雑誌論文] Impacts of climate change on reproductive phenology in tropical rainforests of Southeast Asia (2022)
  • 著者名/発表者名: Shinya Numata, Koharu Yamaguchi, Masaaki Shimizu, Gen Sakurai, Ayaka Morimoto, Noraliza Alias, Nashatul Zaimah Noor Azman, Tetsuro Hosaka, Akiko Satake
  • 雑誌名: communications biology 巻: 10:11 ページ: 1-10
  • DOI: 10.1038/s42003-022-03245-8
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] MASTREE+: Time-series of plant reproductive effort from six continents (2022)
  • 著者名/発表者名: Andrew Hacket-Pain, Jessie J. Foest, Ian S. Pearse, Jalene M. LaMontagne, Walter D. Koenig, Giorgio Vacchiano, Michal Bogdziewicz, Thomas Caignard, Paulina Celebias, Joep van Dormolen, Marcos Fernandez-Martinez, Jose V. Moris, Ciprian Palaghianu, Mario Pesendorfer, Akiko Satake
  • 雑誌名: Global Change Biology 巻: 28 ページ: 3066-3082
  • DOI: 10.1111/gcb.16130
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Resource allocation strategies in the reproductive organs of Fagaceae species (2022)
  • 著者名/発表者名: Yufei Wang, Qingmin Han, Kaoru Kitajima, Hiroko Kurokawa, Takuya Shimada, Tamaho Yamaryo, Daisuke Kabeya, Tatsuro Kawasaki, Akiko Satake
  • 雑誌名: ECOLOGICAL RESEARCH 巻: 38 ページ: 1-11
  • DOI: 10.1111/1440-1703.12350
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Analyses of gene copy number variation in diverse epigenetic regulatory gene families across plants: Increased copy numbers of BRUSHY1/TONSOKU/MGOUN3 (BRU1/TSK/MGO3) and SILENCING DEFECTIVE 3 (SDE3) in long-lived trees (2022)
  • 著者名/発表者名: Yuta Aoyagi Blue, Akiko Satake
  • 雑誌名: Plant Gene 巻: 32 ページ: 100384
  • DOI: 10.1016/j.plgene.2022.100384
  • 査読あり / オープンアクセス
• [学会発表] Molecular phenology in trees (2022)
  • 著者名/発表者名: Akiko Satake
  • 学会等名: PHENOLOGY 2022
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] A cross-scale approach toward a mechanistic understanding of plant phenology (2022)
  • 著者名/発表者名: Akiko Satake
  • 学会等名: INTECOL
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] 気候変動下にある森林生態系の分子フェノロジー (2022)
  • 著者名/発表者名: 佐竹暁子
  • 学会等名: 日本植物学会第86回大会
  • 招待講演
• [学会発表] 温暖化に伴う開花フェノロジーシフト：鍵となる春化とジベレリン合成経路 (2022)
  • 著者名/発表者名: 幸元秀行、秦有輝、経塚淳子、梶田結衣、遠山弘法、永濱藍、佐竹暁子
  • 学会等名: 第54回種生物学シンポジウム
• [学会発表] ブナ科コナラ属の1年成・2年成はどちらが祖先形質か？ (2022)
  • 著者名/発表者名: 夫婦石千尋、今井亮介、矢原徹一、佐竹暁子
  • 学会等名: 第54回種生物学シンポジウム
• [学会発表] Integration of Theoretical and Empirical Approaches on Starch Metabolism to Unravel the Adaptive Mechanism for Seasonal Environment in Plants (2022)
  • 著者名/発表者名: Shuichi Kudo, Anthony Artins, Carolina Bello, Camila Caldana, Akiko Satake
  • 学会等名: 第64回日本植物生理学会年会
• [学会発表] ブナ科コナラ属の1年成・2年成はどちらが祖先形質か？ (2022)
  • 著者名/発表者名: 夫婦石千尋、今井亮介、矢原徹一、佐竹暁子
  • 学会等名: 第70回日本生態学会大会