花成遺伝子の多型による開花期の地域適応と種分化機構の解明

2014 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 24247013
• 研究機関: 京都大学
• 研究代表者: 瀬戸口 浩彰 京都大学, 人間・環境学研究科(研究院), 教授 (70206647)
• 研究分担者: 川口 正代司 基礎生物学研究所, 大学共同利用機関等の部局等, 教授 (30260508) ; 池田 啓 岡山大学, その他部局等, 助教 (70580405)
• 研究期間 (年度): 2012-04-01 – 2016-03-31
• キーワード: 開花 / ミヤコグサ / 遺伝子 / ゲノム比較 / 緯度 / マメ科 / 種内多型 / 概日時計遺伝子

研究実績の概要

植物の花芽形成には日長や温度などの様々な環境要因が関わるとともに、同一の環境要因に対しても複数の遺伝子が相互に関与している。花芽形成遺伝子（FT）は、複数の経路から制御（抑制）を受けており、各経路においては上流から下流に向けて光感受物質とこのシグナルを伝達する複数の遺伝子群が関与している。本研究では、野生集団の花芽形成が緯度に沿って顕著な違いを呈するマメ科のミヤコグサを研究対象にして、植物が生育地の緯度の光環境に対して開花のタイミングを計り、最適な繁殖成功をもたらすことに関与している遺伝子を同定することを目的にした。
本年度は種内における概日時計遺伝子LjE1とLjGIの遺伝子型多型を探索して、その地理分布を日本列島上に配置した。その結果、１．未同定であったLjGIの１と構造を新たに決定した。２．LjE1, LjGIにおける多型は非同義置換であることがわかった。３. 異なるアリルが南北で分化している傾向があることを見いだした。これらの知見は、概日時計系のLjE1とLjGIが緯度の光環境に対応して開花期の制御を行っている可能性を示唆している。
さらにLjFTとLjE1の発現パターンをRT-PCRを行って確認したところ、先行研究とは異なり、これらは葉ではなくて根で発現していることがわかった。その意義については不明であるために、今後に検討を続ける。
また、新型シーケンサーを用いて、131系統のミヤコグサ野生系統の全ゲノム解析（約450Mb）を解析したデータセットを揃えて全ゲノム関連解析(GWAS)をゲノム比較によるSNP探索を行なうことができた。そしてこれらのSNPの中からさらに遺伝子上の非同義的置換のみを選抜して、SNPによるタンパクの立体構造（特にB3ドメイン）の変化を推定した。また、早咲きと遅咲きのRILsについてもゲノム比較によるSNP探索を行なって、同様な解析を進めた。

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

これまでに候補となる開花関連遺伝子の塩基配列をサンガー法ベースで解析して多型を探索することを行ってきたが、今年度は次世代シーケンサーの結果を得て、さらに共同研究体制を拡げることにより、１２０種類を超える日本各地のミヤコグサ野生系統のゲノム比較を行うとともに、同一圃場実験によって播種から開花開始までの表現型データを取得することが出来た。また、RT-PCRの実験系を立ち上げてデータを得ることが可能になったため、ゲノム比較によって判別できた候補遺伝子の発現を解析することが可能になった。一部で知見が得られ始めており、最終年度の展開にむけて研究レベルを格段に向上させることが出来た。

今後の研究の推進方策

ミヤコグサ野生系統のゲノム比較の結果をもとにして、早咲き vs 遅咲き の系統の間で分化している遺伝子のアリルごとに、発現量の多少と発現量の日周変化パターンの比較を行う計画である。
また、候補遺伝子の遅咲きアリルを早咲きの実験系統のゲノムに組み換えた組み換え体を作成して、開花時期の変化を確認し、候補遺伝子が開花にもたらす効果について検証する。その交配組み合わせについては、ゲノム情報を参考にして８通りを選別した。播種と育成を開始したので、出来るだけ早期に組み換え体の表現型をチェックできるようにしたい。
さらに１２０種類以上の野生系統のゲノム比較において、本年度ではGWASでは候補が得られなかったため、その原因を明らかにしたうえでもう一度、GWASを試行してみる。GWASはオーフス大学(デンマーク）の研究グループと共同で進めているため、連絡を密にとって問題解決を図りたい。

研究成果

• [雑誌論文] Isolation and characterization of microsatellite loci in Patrinia triloba var. takeuchiana (Valerianaceae) (2015)
  • 著者名/発表者名: Higashi, H., Setoguchi, H.
  • 雑誌名: Conservation Genetics Resources 巻: in press ページ: in pressにつき未確定
  • DOI: 10.1007/s12686-014-0377-3
  • 査読あり / オープンアクセス / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Development of polymorphic microsatellite loci in the perennial herb Hepatica nobilis var. japonica (Ranunculaceae) (2015)
  • 著者名/発表者名: Kameoka, S., Higashi, H., Setoguchi, H.
  • 雑誌名: Applications in Plant Sciences 巻: 3 ページ: (3)1400114
  • DOI: http://dx.doi.org/10.3732/apps.1400114
  • 査読あり / オープンアクセス / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Persistent history of the bird-despersed arctic-alpine plant Vaccinium vitis-idaea (Ericaceae) in Japan. (2015)
  • 著者名/発表者名: Ikeda, H., Yoneta, Y., Higashi, H., Eidesen, P.B., Barkalov, V., Yakubov, V., Brochmann, C., Setoguchi, H.
  • 雑誌名: Journal of Plant Research 巻: 128 ページ: 437-444
  • DOI: 10.1007/s10265-015-0709-8
  • 査読あり / オープンアクセス / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Molecular phylogeny of Shortia sensu lato (Diapensiaceae) based on multiple nuclear sequences. (2015)
  • 著者名/発表者名: Higashi, H., Ikeda, H., Setoguchi, H.
  • 雑誌名: Plant Systematics and Evolution 巻: 301 ページ: 523-529
  • DOI: 10.1007/s00606-014-1088-7
  • 査読あり / オープンアクセス / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Phylogeographical study of the alpine plant Cassiope lycopodioides (Ericaceae) suggests a range connection between the Japanese archipelago and Beringia during the Pleistocene. (2014)
  • 著者名/発表者名: Ikeda, H., Higashi, H., Yakubov, V., Barkalov, V., Setoguchi, H.
  • 雑誌名: Biological Journal of the Linnean Society 巻: 113 ページ: 497-509
  • DOI: 10.1111/bij.12342
  • 査読あり / オープンアクセス / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Polymorphisms of E1 and GIGANTEA in wild populations of Lotus japonicus. (2014)
  • 著者名/発表者名: Wakabayashi, T., Oh, H., Kawaguchi, M., Harada, K., Sato, S., Ikeda, H. Setoguchi, H.
  • 雑誌名: Journal of Plant Research 巻: 127 ページ: 651-660
  • DOI: 10.1007/s10265 -014-0649-8
  • 査読あり / オープンアクセス / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Molecular evidence of ancient relicts of arctic-alpine plants in East Asia. (2014)
  • 著者名/発表者名: Ikeda, H., Barkalov, V., Yakubov, V.V., Setoguchi, H.
  • 雑誌名: New Phytologist 巻: 203 ページ: 980- 988
  • DOI: 10.1111/nph.12863
  • 査読あり / オープンアクセス / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Distribution patterns of rDNAs and telomeres and chromosomal rearrangement between two cytotypes of Lysimachia mauritiana L. (Primulaceae (2014)
  • 著者名/発表者名: Kono, Y., Hoshi, Y., Setoguchi, H., Yokota, M., Oginuma, K.
  • 雑誌名: Caryologia 巻: 64 ページ: 91-98
  • DOI: 10.1080/00087114.2011.10589768
  • 査読あり / オープンアクセス / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Development of SSR markers for Vitex rotundifolia (Verbenaceae), an endangered coastal plant isolated in Lake Biwa, Japan. (2014)
  • 著者名/発表者名: Ohtsuki, T., Shoda, T., Kaneko, Y., Setoguchi, H.
  • 雑誌名: Applications in Plant Sciences 巻: 2 ページ: 2(4)1300100
  • DOI: 10.3732/apps.1300100
  • 査読あり / オープンアクセス / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Genetic differentiation and genetic diversity of Castanopsis (Fagaceae), the dominant tree species in Japanese broadleaved evergreen forests, revealed by analysis of EST associated microsatellites. (2014)
  • 著者名/発表者名: Aoki, K., Ueno, S., Kamijo, T., Setoguchi, H., Murakami, N., Tsumura, Y.
  • 雑誌名: PLoS ONE 巻: 9 ページ: e87429
  • DOI: 10.1371/journal.pone.0087429
  • 査読あり / オープンアクセス / 謝辞記載あり
• [学会発表] 全ゲノム配列を使った日本産ミヤコグサの開花時期多様性に関わる遺伝的背景の比較 (2015)
  • 著者名/発表者名: 若林智美，Stig Andersen，佐藤修正，半田佳宏，川口正代司，瀬戸口浩彰
  • 学会等名: 日本植物分類学会第14大会
  • 発表場所: 福島大学
  • 年月日: 2015-03-05 – 2015-03-08
• [学会発表] Contrasting phylogeographic patterns and demographic history between mainland and Ryukyu Islands populations of wild radish in Japan. (2015)
  • 著者名/発表者名: Qingxiang Han, Yuki Mitsui, Hiroyuki Higashi, Hiroaki Setoguchi
  • 学会等名: 日本植物分類学会第14大会
  • 発表場所: 福島大学
  • 年月日: 2015-03-05 – 2015-03-08
• [学会発表] Phylogeography of wild radish (Rhaphanus sativus L.) based on cpDNA variation and SSR analyses. (2014)
  • 著者名/発表者名: Qingxiang Han, iroaki Setoguchi
  • 学会等名: 日本植物学会第78大会
  • 発表場所: 明治大学(生田)
  • 年月日: 2014-09-11 – 2014-09-14
• [学会発表] 国内のミヤコグサの開花期多様性への、開花関連遺伝子E1、FTの発現解析によるアプローチ (2014)
  • 著者名/発表者名: 若林智美，山篠貴史，川口正代司，瀬戸口浩彰
  • 学会等名: 日本植物学会第78大会
  • 発表場所: 明治大学(生田)
  • 年月日: 2014-09-11 – 2014-09-14
• [学会発表] Differentiation of flowering time of Lotus japonicus wild accession. (2014)
  • 著者名/発表者名: Setoguchi, H., Wakabayashi, T.
  • 学会等名: 植物のフェノーム解析による国際コロキウム
  • 発表場所: トヨタテクノミュージーアム産業技術記念館
  • 年月日: 2014-05-29 – 2014-05-30
  • 招待講演
• [備考] 京都大学大学院人間・環境学研究科 瀬戸口浩彰研究室
  • URL: http://setolab.h.kyoto-u.ac.jp