全ゲノム解析による小笠原諸島産ムラサキシキブ属における性表現進化プロセスの解明

通过全基因组分析阐明小笠原群岛紫式部属性表达的进化过程

基本信息

批准号：
22KJ2007
负责人：
増田和俊
金额：
$ 1.6万
依托单位：
Kyoto University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for JSPS Fellows
财政年份：
2023
资助国家：
日本
起止时间：
2023-03-08 至 2025-03-31
项目状态：
未结题

来源：
https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-22KJ2007/
关键词：
性決定島嶼植物ムラサキシキブ属ゲノム Pool-seq 性決定遺伝子雌雄異株

项目摘要

世界各地の海洋島ではアイランド・シンドロームと呼ばれる普遍的な生物進化現象が見られる。その進化過程を研究することは生物多様性の形成過程を明らかにする上で重要である。植物の雌雄異株化はその進化現象の1つであり、集団の遺伝的多様性を維持するために起きたと考えられているが、その検証や遺伝的背景に関する研究は行われていない。そこで、本研究では小笠原諸島で雌雄異株化したと考えられるムラサキシキブ属オオバシマムラサキを対象に全ゲノム解析を行うことで、海洋島における植物の雌雄異株化のゲノム基盤の解明及び雌雄異株化が遺伝的多様性に与えるフィードバック効果の検証を行い、その進化的背景を明らかにすることを目指す。令和4年度はロングリードシーケンサーMinION(Oxford社)を使用し、対象種オオバシマムラサキの参照ゲノム配列約430Mbの新規構築を行った。現地調査によって得た雌雄それぞれ約60個体の試料はDNAを抽出した後、Pool-seq法を適用して、個体あたりのDNA量を揃えて混合した雄/雌プールライブラリを作成しシークエンスを行った。Pool-seq法より得られたデータを参照ゲノム配列にマッピングし雌雄ゲノム比較を行った結果、約80万塩基の性決定領域を特定することが出来た。また本種は雄ヘテロ型性決定様式を持つことが示唆された。続いて遺伝子予測を行ったところ、性決定領域上には約30遺伝子が座乗していることが判明した。その中には花粉稔性に関与する遺伝子や、植物ホルモン調節に関与する遺伝子など性決定との関連が疑われる候補遺伝子が複数個体含まれていることが明らかとなった。

在世界各地的海洋岛屿上都可以看到一种普遍的生物进化现象，称为岛屿综合症。研究进化过程对于阐明生物多样性的形成过程具有重要意义。植物中的雌雄异体是进化现象之一，被认为是为了维持种群的遗传多样性而发生的，但尚未对此进行验证或对其遗传背景进行研究。因此，在本研究中，我们将对小笠原群岛上被认为是雌雄异体的Obasifolia属进行全基因组分析，以阐明大洋岛屿植物雌雄异株的基因组基础，并验证反馈结果变化对遗传多样性的影响并阐明其进化背景。 2020财年，我们使用长读长测序仪MinION（Oxford）为目标物种A. japonica构建了约430 Mb的新参考基因组序列。在从现场调查获得的大约60名男性和女性个体的样本中提取DNA后，我们应用Pool-seq方法创建了每个个体DNA数量相同的混合男性/女性池文库并对其进行了测序。通过将 Pool-seq 方法获得的数据映射到参考基因组序列并比较男性和女性基因组，我们能够识别出约 800,000 个碱基的性别决定区域。也有人认为该物种具有雄性杂合性性别决定模式。随后的基因预测显示，大约有30个基因位于性别决定区域。据透露，其中包括多个疑似与性别决定相关的候选基因，例如涉及花粉育性的基因和涉及植物激素调节的基因。