極限環境への進出がもたらす制約からの解放：カワゴケソウ科の多様化パターン

• Project/Area Number: 13J03136
• Research Category: Grant-in-Aid for JSPS Fellows
• Allocation Type: Single-year Grants
• Section: 国内
• Research Field: Biodiversity/Systematics
• Research Institution: Japan Women's University
• Principal Investigator: 片山 なつ 日本女子大学, 理学部, 特別研究員(PD)
• Project Period (FY): 2013-04-01 – 2016-03-31
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2015)
• Budget Amount: ¥4,320,000 (Direct Cost: ¥3,600,000、Indirect Cost: ¥720,000); Fiscal Year 2015: ¥1,560,000 (Direct Cost: ¥1,200,000、Indirect Cost: ¥360,000); Fiscal Year 2014: ¥1,560,000 (Direct Cost: ¥1,200,000、Indirect Cost: ¥360,000); Fiscal Year 2013: ¥1,200,000 (Direct Cost: ¥1,200,000)
• Keywords: カワゴケソウ科 / 集団遺伝 / 地理的隔離 / 分子進化 / 塩基置換速度 / 多様化 / 制約解放 / 種分化 / 形態多様化

Outline of Annual Research Achievements

本研究は、急流域の岩の上という被子植物にとって極限ともいえる特殊な環境に生育するカワゴケソウ科植物を用い、極限環境下における制約解放がもたらす種形成・多様化機構を解明することを目的としている。そのために第三年度は、1. 景観集団遺伝学的解析による日本自生集団の遺伝構造と地理的な分布制限要因の推定、2. 制約解放による多様化の分子基盤を明らかにするために追加データの取得と解析、論文執筆を行った。
1の解析より、近距離河川に分布する種では、集団間の遺伝的距離が地理的距離と相関する傾向が見られた一方、遠い河川に点在して分布する種では、距離による隔離が検出されず、顕著な集団分化が進んでいることがわかった。本科植物が河川急流域にしか生育しないことを考慮すると、生育環境とそれに付随する分布パターンが種分化・多様化に貢献したと考えられる（Katayama 2016 Am. J. Bot）。
次に２の解析では、カワゴケソウ科7種と姉妹群、外群の遺伝子配列情報を取得し、2000以上の遺伝子について分子進化学的解析を行なった。その結果、科内で派生的な分類群において特定の遺伝子に限らず大部分の遺伝子で分子進化速度が上昇しており、同義置換速度、非同義置換速度がともに高くなっていることが明らかとなった。このことは、本科内で突然変異率が上昇し、集団内に遺伝的変異の供給増大が起こったこと、選択的制約の緩和により見かけ上の塩基置換速度が上がり、新たな遺伝子進化が促進された可能性が考えられる。

Research Progress Status

27年度が最終年度であるため、記入しない。

Strategy for Future Research Activity

27年度が最終年度であるため、記入しない。

Research Products

• [Journal Article] Habitat specificity enhances genetic differentiation in two species of aquatic Podostemaceae in Japan (2016)
  • Author(s): Natsu Katayama, Masahiro Kato, Ryoko Imaichi
  • Journal Title: American Journal of Botany Volume: 103 Issue: 2 Pages: 317-324
  • DOI: 10.3732/ajb.1500385
  • Peer Reviewed / Open Access / Acknowledgement Compliant
• [Presentation] 網羅的遺伝子配列で明らかにする水生植物カワゴケソウ科多様化の鍵 (2015)
  • Author(s): 片山なつ, 西山智明，厚井聡，倉田哲也，山田敏弘，今市涼子，加藤雅啓.
  • Organizer: 日本植物学会第79回大会
  • Place of Presentation: 朱鷺メッセ（新潟）
  • Year and Date: 2015-09-07
• [Presentation] 珍奇な水生植物カワゴケソウ科における分子進化速度の上昇 (2015)
  • Author(s): 片山なつ，西山智明，厚井 聡，倉田哲也，今市涼子，加藤雅啓．
  • Organizer: 日本進化学会第17回大会
  • Place of Presentation: 中央大学（東京）
  • Year and Date: 2015-08-20
• [Presentation] 日本におけるカワゴケソウ科植物の生育適地の分布と遺伝的分化 (2015)
  • Author(s): 片山なつ，加藤雅啓，今市涼子
  • Organizer: 日本植物分類学会
  • Place of Presentation: 福島大学（福島県福島市）
  • Year and Date: 2015-03-06
• [Presentation] カワゴケソウ科における分子進化速度の上昇と進化可能性 (2014)
  • Author(s): 片山なつ，西山智明，厚井 聡，倉田哲也，今市涼子，加藤雅啓
  • Organizer: 日本植物学会第78回大会
  • Place of Presentation: 明治大学生田キャンパス（神奈川県川崎市）
  • Year and Date: 2014-09-12
• [Presentation] 分子進化速度の上昇による劇的な形態進化の可能性 (2014)
  • Author(s): 片山なつ，西山智明，厚井 聡，倉田哲也，今市涼子，加藤雅啓
  • Organizer: 日本進化学会
  • Place of Presentation: 高槻現代劇場（大阪府高槻市）
  • Year and Date: 2014-08-21 – 2014-08-23
• [Presentation] 水平ボディプランをもつカワゴケソウ科の進化形態学的研究 (2013)
  • Author(s): 片山なつ
  • Organizer: 日本植物学会第77回大会
  • Place of Presentation: 北海道大学(札幌)
  • Year and Date: 2013-09-13
  • Invited
• [Presentation] カワゴケソウ科の劇的な形態進化を引き起こした遺伝子進化 (2013)
  • Author(s): 片山なつ, 西山智明, 厚井 聡, 倉田哲也, 山田敏弘, 今市涼子, 加藤雅啓
  • Organizer: 日本植物学会第77回大会
  • Place of Presentation: 北海道大学(札幌)
  • Year and Date: 2013-09-13
• [Presentation] 河川急流域に局所的に分布するカワゴケソウ科植物の遺伝構造 (2013)
  • Author(s): 片山なつ、加藤雅啓、今市涼子
  • Organizer: 日本植物分類学会第13回大会
  • Place of Presentation: 熊本大学(熊本)
  • Year and Date: 2013-03-21
• [Remarks] 片山なつのWEBページ
  • URL: http://natsukatayama.web.fc2.com/
• [Remarks] 片山なつのWEBpage
  • URL: http://natsukatayama.web.fc2.com/
• [Remarks] 片山なつのWEBページ
  • URL: http://natsukatayama.web.fc2.com/