雌雄細胞間の分子認識に関わる遺伝子をもちいた種間交雑の制御

使用参与雄性和雌性细胞之间分子识别的基因控制种间杂交

• 批准号: 02J00972
• 负责人: 清水 健太郎
• 金额: $ 2.5万
• 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: 2002
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2002 至 2004
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-02J00972/
• 关键词: 有性生殖; 生殖隔離; シロイヌナズナ; 自家不和合成; 自家和合成; 種間交配; マップベーストクローニング; 近縁種; 種; 雑種致死; マップベーストクローニング法; 系統樹

雌雄細胞間の相互作用は、適切な雄を導くことに加え、近親交配の排除(自家不和合性)、種間交雑の阻害(生殖隔離)といった重要な機能がある。これらの機能はこれまで生態・進化学で研究されてきたが、本研究では分子レベルからの解析を行った。1.シロイヌナズナ近縁種の調査・採集ドイツにてArabidopsis lyrata subsp. petraeaのフィールド調査と採集を行った。また、日本のミヤマハタザオの採集をすすめた結果、Arabidopsis lyrataとは異なって、異質倍数体であることを示した。これにより、Arabidopsis kamchaticaとして新種記載を行う。2.種分化の初期過程としての、シロイヌナズナ地域系統間の生殖隔離アフリカCvi第5染色体のELClα遺伝子とヨーロッパLerの第一染色体のELClb遺伝子の両者がホモ接合になった際に致死となる。これは、この2系統が種分化の初期過程にあることを意味する。マップベーストクローニング法によって両致死遺伝子の単離を進めるなかで、生殖隔離遺伝子の近傍で組換え率が下がっていることが示唆された。組換え率の局所的な低さが種分化に寄与するという最近の説を支持する。3.自家不和合性遺伝子の変異による自殖性の急速な進化シロイヌナズナはSRKとSCR遺伝子が偽遺伝子となったことで自家和合性(自殖性)になったことが知られていた。世界の21のシロイヌナズナの系統から両遺伝子の塩基配列を決定した。分子集団遺伝学的解析により、SCRの機能欠損型対立遺伝子に強い自然選択が働いたことを示した。これは、自殖性が環境によっては有利になるというダーウィンのreproductive assurance model、に対する分子レベルからの支持である(Scicnce, submitted)。

雌性和雄性细胞之间的相互作用除了指导选择合适的雄性外，还具有重要的功能，例如消除近交（自交不亲和）和抑制种间杂交（生殖隔离）。这些功能已在生态学和进化论中进行了研究，但在本研究中，我们在分子水平上对它们进行了分析。 1.与拟南芥近缘种的调查和收集 我们在德国对拟南芥拟南芥亚种进行了实地调查和收集。此外，在日本采集Miyamaha Tazao的结果表明，它是与拟南芥不同的异源多倍体物种。结果，一个新物种被描述为拟南芥（Arabidopsis kamchatica）。 2. 拟南芥区域谱系之间的生殖隔离是物种形成的早期过程，当非洲 Cvi 5 号染色体上的 ELC1a 基因和欧洲 Ler 1 号染色体上的 ELC1b 基因变得纯合时，就会发生致死性。这意味着这两个谱系处于物种形成的早期阶段。在使用基于图位的克隆分离双致死基因时，有人提出靠近生殖隔离基因的重组率降低。这支持了最近的理论，即局部低重组率有助于物种形成。 3. 由于自交不亲和基因的突变导致自体受精的快速进化众所周知，当SRK和SCR基因成为假基因时，拟南芥变得自交亲和（自体受精）。这两个基因的核苷酸序列是从世界各地的 21 个拟南芥菌株中确定的。分子群体遗传分析表明，强烈的自然选择作用于 SCR 功能丧失等位基因。这是对达尔文生殖保证模型的分子水平的支持，该模型指出，根据环境的不同，自体受精可能是有利的（《科学》，已提交）。

项目成果

Kentaro K. Shimizu: "Ecology meets molecular genetics in Arabidopsis"Population Ecology. 44. 221-233 (2002)

Kentaro K. Shimizu：“生态学与拟南芥分子遗传学的结合”群体生态学。

清水健太郎: "花からまなぶ形態・進化の法則性 (生物の形の多様性と進化 第13章)"裳華房. 15 (2003)

清水健太郎：“从花中学习形态和进化的规则（生命形式的多样性和进化，第13章）”Shokabo 15（2003）。