Environmental impact assessment of cause and seasonally delayed effect by epigenomic marker, a case study of decline and flower-initiation relations of beech forest

2021 Fiscal Year Final Research Report

• Project/Area Number: 19K22902
• Research Category: Grant-in-Aid for Challenging Research (Exploratory)
• Allocation Type: Multi-year Fund
• Review Section: Medium-sized Section 63:Environmental analyses and evaluation and related fields
• Research Institution: Hokkaido University
• Principal Investigator: Saito Hideyuki 北海道大学, 農学研究院, 講師 (70312395)
• Project Period (FY): 2019-06-28 – 2022-03-31
• Keywords: ブナ / 花成 / 光合成 / 葉緑体リボソーム / DNAメチル化 / エピゲノム

Outline of Final Research Achievements

We showed a delayed reduction of photosynthetic capacity in summer season caused by O3 exposure during bud break period, associated with increased DNA methylation of 16S rRNA gene in chloroplast genome in beech saplings, suggesting epigenomic regulation in photosynthesis. Also in bud break period, we showed lacks of sugars and/or phosphorus in the developing leaves affected DNA methylation level of FT homologous gene in leaves, suggesting the nutrients supplied from carry-over products determined the availability of flower bud differentiation in summer.

Free Research Field

森林ゲノム生理生態学

Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements

森林衰退現象と樹木の一斉開花現象における環境影響評価では、誘因となる「環境変動」と「植物影響」に季節的な時間のズレがある場合の因果関係を評価することは困難であった。この時系列関係を含む因果解析の技術開発にあたり、本課題では、ブナの光合成能力の季節変化と花成を研究対象にして、環境情報をDNAの化学修飾として記録して遺伝子発現を制御するゲノムのメカニズム（エピゲノム機序）が生物指標として有望であることを明らかにした。この研究成果は環境変動下におけるブナ林の影響評価の精度向上に貢献できると考えられた。