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助成番号 １７０２０４
研 究 成 果 報 告 書（国立情報学研究所の民間助成研究成果概要データベース・登録原稿）
研究テーマ（和文） ＡＢ

次世代ゲノムシーケンスを用いた側生器官形成制御遺伝子のファインマッピング

研究テーマ（欧文） ＡＺ

Fine-mapping the locus regulating lateral organ initiation with Next GenerationSequencing

研
究氏
代表名
者

ｶﾀｶﾅ ＣＣ姓） ニシイ名） カナエ

研究期間 Ｂ

２０１７

漢字 ＣＢ

西井かなえ

報告年度 ＹR

２０１９ 年

KANAE

研究機関名

エジンバラ植物園

ﾛｰﾏ字 ＣＺ NISHII研究代表者 ＣＤ
所属機関・職名～ ２０１９ 年

エジンバラ植物園・客員研究員

概要 ＥＡ (600 字～800 字程度にまとめてください。)
被子植物の茎頂分裂組織は、内部に幹細胞を維持し、側部より継続的に分化した側生器官を形成するが、ストレプトカルプス属植物では、茎頂分裂組織を失い茎葉形態形成が多様化した。発芽後、片方の子葉が継続的に成長を続け大子葉となる。一葉種は大子葉のみを持ち、ロゼット種は大子葉基部の介在分裂組織より葉発生する。本研究では、葉発生の違いに関与する分子生物学的機構の解明を目的とし、次世代シーケンス解析を利用したゲノムレベルの遺伝学的解析を行った。
モデル種としてロゼット種 Streptocarpus rexii のゲノムアッセンブリを得、これを利用してロゼット種 S. rexii と一葉種 S. grandis の葉発生形質に関連する一塩基多型を検出し、機能遺伝子探索を試みた。
DNA 抽出法を改良し、最長リードが 118,299 base-pairs (bp)である約 250 万のロングリードシーケンスリードを得、CANU プログラムを用いアッセンブリした。新ゲノムアッセンブリは、ショートリードシーケンスによる旧ゲノムアッセンブリと比較して、各スカフォールド長が平均約 25,000 bp から平均約 960 万bp と約 400 倍長く、全スカフォールド数が 2,440,870 から約 1/2000 の 1,243 となり、劇的に改善された。
また、新ゲノムアッセンブリの約 90%のゲノム領域が 84 の非常に長いスカフォールドで構成された(LG90 =84)。このゲノムアッセンブリにさらに PILON プログラムにより既存のショートリードシーケンスデータを組みこみ、エラー率を減少させた。

S. rexii と S. grandis の準同質遺伝子系統植物集団を育成し、ロゼット形質と一葉形質を示す集団に分け、各集団のゲノムスキミングショートリードシーケンスを得た。これを新ゲノムアッセンブリにマッピングし、形質間で異なる一塩基多型を検出した結果、一葉とロゼット形質間で 2,520,913 個の一塩基多型が検出された。その中で、強い統計的サポートを持つ一塩基多型（-log10(p) > 10）が 5 スカフォールド
上に 9 つ検出され、これらの一塩基多型を持つゲノム領域が、葉発生形質を制御する可能性が示された。
本研究の成果として、今後の遺伝学的解析の重要な基盤となるゲノムアッセンブリが得られ、また実際にこれを用いて遺伝型解析を行うことができた。
キーワード ＦＡ

器官発生

葉

次世代シーケンス（以下は記入しないでください。）
助成財団ｺｰﾄﾞ ＴＡ

研究課題番号 ＡＡ

研究機関番号 ＡＣ

シート番号- 1 -ゲノム

発表文献（この研究を発表した雑誌・図書について記入してください。）
論文標題ＧＢ

Hormonal crosstalk in the regulation of meristem activity and the phyllomorph
architecture in Streptocarpus (Gesneriaceae): a review

著者名 ＧＡ

Nishii et al.

雑誌

ページ ＧＦ～

雑誌名 ＧＣ

Rheedea (in press)

発行年 ＧＥ

2020

巻号 ＧＤ

論文標題ＧＢ

Quantitative assessment of anisocotyly in Haberlea rhodopensis and Ramonda myconi

著者名 ＧＡ

Huang et al.

雑誌名 ＧＣ

Edinburgh Journal of Botany

ページ ＧＦ377 ～ 391

発行年 ＧＥ

2

雑誌

019

巻号 ＧＤ

76

論文標題ＧＢ

Tangled history of a multigene family: The evolution of ISOPENTENYLTRANSFERASE genes

著者名 ＧＡ

Nishii et al.

雑誌名 ＧＣ

PLoS Oneページ ＧＦ

e0201198

発行年 ＧＥ

2

雑誌

018

巻号 ＧＤ

13

著者名 ＨＡ
図書

書名 ＨＣ
出版者 ＨＢ発行年 ＨＤ総ﾍﾟｰｼﾞ ＨＥ

発行年 ＨＤ総ﾍﾟｰｼﾞ ＨＥ

著者名 ＨＡ
図書

書名 ＨＣ
出版者 ＨＢ

欧文概要 ＥＺ
The shoot apical meristem (SAM) of an angiosperm plant maintains the stem cells in the central zone and forms
dedifferentiated lateral organs from the peripheral zone. The loss of the SAM and high diversification in lateral organ
formation is observed in the dicot genus Streptocarpus. Here, one cotyledon continues to grow to become themacrocotyledon. In unifoliate species, the macrocotyledon is the sole foliar organ, while in rosulate species, additional
leaves are formed from an intercalary meristem at the juxtaposition between the stem and lamina.
This study aims to understand the molecular mechanisms underlying this diversified lateral organ initiation. We
employed next generation sequencing technologies to carry out genetic studies in the non-model plant Streptocarpus. Therosulate S. rexii and the unifoliate S. grandis were used as study material. Whole genome sequence data were obtained for
S. rexii, and this information utilized to detect single nucleotide polymorphisms (SNP s) between rosulates and unifoliates,
ultimately to isolate the causative gene of their phenotype difference, rosulate and unifoliate.
With an improved DNA extraction method, 2.5 million base-pair (Mbp) long sequence reads were obtained, where
the longest read was 118,299 bp long. The reads were assembled with CANU, and the resulting assembly contained 1,243
scaffolds of an average length of N50 = 9.6 Mbp. In addition, this assembly retained 84 super-long scaffolds occupyingaround 90% of the entire genome (LG90 = 84). Compared to our previous short-read based genome assembly (2M
scaffolds, N50 = 25 kilo bp), we obtained a greatly improved new genome assembly here. Previously acquired short-readdata were also integrated into the new genome assembly with PILON to reduce the error-rate.
Near isogenic lines between S. rexii and S. grandis were cultivated, and their phenotypes categorized as ‘unifoliate’ and‘rosulate’. Genome skimming short-read data were obtained for each category and mapped onto the new genome
assembly. This resulted in the detection of 2.5 M SNPs between unifoliates and rosulates. Among these, 9 SNPs on 5
scaffolds showed strong statistic support for the differences between the two morphs (-log10 (p) > 10). The genome regions
retaining these SNPs might contain the causative locus regulating the lateral organ initiation phenotypes in Streptocarpus.

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