Vulnerability Assessment of Stream Invertebrates to Global Warming Using Gene Expression Analysis

使用基因表达分析评估河流无脊椎动物对全球变暖的脆弱性

• 批准号: 17F17908
• 负责人: 渡辺 幸三
• 金额: $ 1.47万
• 依托单位: Ehime 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 2019-03-31
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-17F17908/
• 关键词: 遺伝子発現; 河川; 生物多様性; 気候変動; 次世代シークエンシング; 河川水生昆虫; RNAseq; 次世代シークエンサー

【研究背景】膨大なゲノムには水質・水温・流速等の様々な環境因子の自然選択を受けた遺伝子が数多く存在する。この環境選択性遺伝子を同定できれば，生物の適応的進化の理解が促進される。この遺伝子と環境を直接関連付ける適応的進化の理解により，将来の気候変動や土地利用変化などの環境変化後の遺伝的多様性の劣化をより正確に予測することが可能となる。【研究目的】水温の変化に敏感な河川水生昆虫カワゲラを対象に，日本列島の寒冷～亜熱帯の気候勾配に沿った適応的なRNAレベルの遺伝構造の変化を調べて，将来の気候変動（地球温暖化）に伴う遺伝的多様性の劣化や種の絶滅の可能性を予測する．【方法】札幌，仙台，岐阜，松山の日本列島の気候条件に沿った４地域の流域において，河川水生昆虫カワゲラの幼虫個体を採取した。生物個体の採取と共に，遺伝的な適応に関係する可能性のある気温・水温・流速・河床材料などの物理的環境の現地調査，GISを使った土地利用状況（農地，山林等）や都市化率の定量化など，環境条件を多岐に渡って調査した。さらに，次世代シークエンサー（HiSeq 4000）を使ったゲノムワイドのトランスクリプトーム解析により，DNAから翻訳されたmRNAライブラリーの配列データを取得した。【結果および考察】次世代シーケンス解析から353,352配列が得られた．その内，BLAST検索でヒットしたのは1732配列，411個の遺伝子がアノテーションされた．地域間において共通の遺伝子領域は1つのみだったが，特異な遺伝子領域は390個とはるかに多かった．特に札幌では他3地域より約40個多い131個の遺伝子領域が特異だった．アノテーションされた遺伝子領域が札幌において143個で他3地域より40個以上多かったことから，極端な環境状態に適応するためにカワゲラはより多くの遺伝子を発現する必要があると推測された．

[Background] There are many factors affecting the natural selection of environmental factors, such as water quality, water temperature and flow velocity. The evolution of these environmental selective genes is being studied simultaneously, and the understanding of the evolution of biological adaptation is being promoted. The evolution of the environment is directly related to the understanding of the future climate change and the diversity of the environment after the change of land use. [Objective] To modulate the variation of RNA and genetic structures along the appropriate climate in the cold and hot zones of the Japanese archipelago in response to changes in water temperature, and to predict the variability of genetic degradation associated with future climate changes (global warming) and the possibility of extinction of species. [Method] Weather conditions in the Japanese archipelago of Sapporo, Sendai, Gifu and Matsuyama were observed along 4 river basins, and larvae of aquatic insects were collected from rivers. In situ investigation of physical environment, GIS, quantitative investigation of land use status (cultivated land, mountain forest, etc.), urbanization rate, and environmental conditions. In the next generation, HiSeq 4000 was used to analyze the DNA sequence of mRNA. [Results] Next generation analysis: 353,352 pairs were obtained. Within the BLAST search, there were 1732 entries, 411 entries, and 1732 entries. The common sub-domain among regions has 1, and the specific sub-domain has 390. Special Sapporo There are 143 different regions in Sapporo and more than 40 different regions in Sapporo.

项目成果

Protein quantitative traits loci (pQTL) expression of the stonefly Nemoura ovocercia (Plecoptera) along nationwide region of Japan

日本全国地区石蝇 Nemoura ovocercia (Plecoptera) 的蛋白质数量性状位点 (pQTL) 表达

• 发表时间: 2019
• 作者: Maribet Gamboa;Maria Claret Tsuchiya;Shunsuke Yamano;Thaddeus Carvajal;Hisato Iwata;Kozo Watanabe
• 通讯作者: Kozo Watanabe

ハンガリー科学アカデミー植物保護研究所(ハンガリー)

匈牙利科学院植物保护研究所（匈牙利）

Differences in protein expression among five species of stream stonefly (Plecoptera) along a latitudinal gradient in Japan

• DOI: 10.1002/arch.21422
• 发表时间: 2017-11-01
• 期刊: ARCHIVES OF INSECT BIOCHEMISTRY AND PHYSIOLOGY
• 影响因子: 2.2
• 作者: Gamboa, Maribet;Tsuchiya, Maria Claret;Watanabe, Kozo
• 通讯作者: Watanabe, Kozo

Molecular phylogeny and diversification timing of the Nemouridae family (Insecta, Plecoptera) in the Japanese Archipelago

• DOI: 10.1371/journal.pone.0210269
• 发表时间: 2019-01-11
• 期刊: PLOS ONE
• 影响因子: 3.7
• 作者: Gamboa, Maribet;Muranyi, David;Watanabe, Kozo
• 通讯作者: Watanabe, Kozo

Comparison of DNA metabarcoding and morphological identification for stream macroinvertebrate biodiversity assessment and monitoring

• DOI: 10.1016/j.ecolind.2019.02.008
• 发表时间: 2019-06-01
• 期刊: ECOLOGICAL INDICATORS
• 影响因子: 6.9
• 作者: Serrana, Joeselle M.;Miyake, Yo;Watanabe, Kozo
• 通讯作者: Watanabe, Kozo