ゲノムワイド関連解析を用いたマメ科植物－根粒菌共生特異性の進化動態の解明

使用全基因组关联分析阐明豆科植物-根瘤菌共生特异性的进化动力学

基本信息

批准号：
17J04284
负责人：
番場大
金额：
$ 1.79万
依托单位：
Chiba University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for JSPS Fellows
财政年份：
2017
资助国家：
日本
起止时间：
2017-04-26 至 2020-03-31
项目状态：
已结题

项目摘要

本研究では，ゲノム多型情報を用いて，ミヤコグサ種内に生じつつある共生特異性の遺伝的分化を検出し，その進化プロセスを理解することを目的としている。2019年度は，野生環境下でミヤコグサと共生していた根粒菌9株とミヤコグサ野生系統15系統を用いた135セットの組合せによる接種実験と，根粒菌株の全ゲノム解析を行い，ミヤコグサー根粒菌共生関係に関連する根粒菌ゲノム領域の特定を試みた。接種実験より，ミヤコグサの表現型(地上部の成長量および根粒形成)は，ミヤコグサ系統の影響，根粒菌系統の影響，および両者の交互作用が有意に検出された。しかし，ミヤコグサと根粒菌の共生関係において，同一地域より採取された組合せで成長が良くなるなど，いわゆる局所適応的な相互作用は検出されなかった。また，根粒菌全ゲノム解析の結果より，ミヤコグサ根粒菌において従来共生関係に関連することが報告されていたゲノミックアイランド(共生アイランド)が，異なる根粒菌間で頻繁に水平伝播していることが示された。そして，接種実験の結果と根粒菌全ゲノム解析の結果を組み合わせることで，ミヤコグサの成長に関連する根粒菌ゲノム領域は，共生アイランドだけでなく，根粒菌コアゲノム領域にも存在することが示唆された。これらの結果から，ミヤコグサ-根粒菌共生関係において，根粒菌共生アイランドが異なる根粒菌へ水平伝播することで，各土壌中で植物への生育に影響する根粒菌ゲノム領域の多様性が維持され，局所適応的な関係の固定が妨げられているのではないかと考えられる。このような植物と根粒菌の共生関係の進化過程を理解するために，今後は植物側の遺伝解析が求められる。そのため，現在ミヤコグサ135系統と根粒菌2株を用いた接種実験とゲノムワイド関連解析を進め，ミヤコグサ-根粒菌共生関係の分化を司る植物側遺伝基盤の特定を試みている。

本研究的目的是利用基因组多态性信息检测莲属物种内发生的共生特异性遗传分化，并了解其进化过程。 2019财年，我们使用与野生百脉根共存的9个根瘤菌菌株和15个野生百脉根菌株的135个组合进行了接种实验，并对根瘤菌菌株进行了全基因组分析，以确定根瘤菌共生关系之间的关系我们试图鉴定与 L. japonicum 相关的根瘤菌基因组区域。接种实验表明，百脉根的表型（地上生长量和根瘤形成量）受百脉根菌株、根瘤菌菌株的影响以及两者之间的相互作用的显着影响。然而，在百脉根和根瘤菌之间的共生关系中，没有检测到所谓的局部适应性相互作用，例如从同一地区收集的组合的生长改善。此外，根瘤菌的全基因组分析结果表明，先前报道的与百脉根根瘤菌中的共生关系相关的基因组岛（共生岛）经常在不同根瘤菌之间进行水平传播。结合接种实验结果和根瘤菌全基因组分析结果表明，与百脉根生长相关的根瘤菌基因组区域不仅存在于共生岛中，而且还存在于根瘤菌核心基因组区域中。这些结果表明，在百脉根-根瘤菌共生关系中，通过根瘤菌共生岛向不同根瘤菌的水平传递，影响植物生长的根瘤菌基因组区域的多样性得以维持。人们认为，局部适应性关系的固定可能是这样的。受到阻碍。为了了解植物与根瘤菌这种共生关系的进化过程，未来需要对植物侧进行遗传分析。因此，我们目前正在利用135个百脉根菌株和2个根瘤菌菌株进行接种实验和全基因组关联分析，试图找出控制百脉根-根瘤菌共生关系分化的植物侧遗传基础。