周期植物の進化史の解明

• Project/Area Number: 13J03600
• Research Category: Grant-in-Aid for JSPS Fellows
• Allocation Type: Single-year Grants
• Section: 国内
• Research Field: Biodiversity/Systematics
• Research Institution: Shizuoka University
• Principal Investigator: 柿嶋 聡 静岡大学, 創造科学技術大学院, 特別研究員(PD)
• Project Period (FY): 2013-04-01 – 2016-03-31
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2015)
• Budget Amount: ¥3,960,000 (Direct Cost: ¥3,300,000、Indirect Cost: ¥660,000); Fiscal Year 2015: ¥1,430,000 (Direct Cost: ¥1,100,000、Indirect Cost: ¥330,000); Fiscal Year 2014: ¥1,430,000 (Direct Cost: ¥1,100,000、Indirect Cost: ¥330,000); Fiscal Year 2013: ¥1,100,000 (Direct Cost: ¥1,100,000)
• Keywords: 生活史 / 一斉開花 / 種分化 / 交雑 / 周期性 / 同調性 / キツネノマゴ科 / 生物時計 / 進化生態学 / 琉球列島 / 台湾 / シミュレーション / RAD-seq / 進化生態 / 周期件 / 分子系統 / 集団遺伝 / 沖縄

Outline of Annual Research Achievements

周期生物とは2年以上の決まった周期で集団が一斉に繁殖を行ない、死んでしまう生物である。本研究課題では、6年周期で一斉開花・枯死するコダチスズムシソウを材料に、周期植物の進化史を解明することを目的として、理論研究と実証研究を平行して行うことにより、研究を進めた。
理論研究として、コダチスズムシソウの周期的一斉開花の進化要因を理論的に検証した。一斉開花の進化要因として有力とされる捕食者飽和説、受粉効率説に加え、新たに提唱した「近縁種との繁殖干渉仮説」について、数理モデルを作成し、シミュレーションを行った。その結果、一斉開花の同調性の進化には捕食者飽和説、受粉効率説の両方が貢献しうる一方で、同調性の獲得よりも広範な条件で同調性が維持されることが示唆された。さらに、繁殖干渉が存在する場合には、コダチスズムシソウが6年開花型に進化することで近縁種と共存可能になった可能性が示唆された。
実証研究として、野外調査、遺伝的な解析を行った。沖縄県での野外調査を7回、台湾での野外調査を2回行い、生活史の観察、訪花昆虫調査、種子食害率調査、遺伝的解析用サンプルの採集などを行った。これまでの生活史の観察から、沖縄本島のコダチスズムシソウとは異なり、八重山諸島では一斉開花せず、開花後にほとんどの個体が枯死するが少数の個体は生存していた。さらに、台湾では一斉開花せず、多くの個体が開花後も生存したことから、種内でも地域間で生活史に多型が存在することが明らかとなった。また、これまでの野外調査からの予測通り、2015～2016年の冬にコダチスズムシソウの一斉開花が観察され、コダチスズムシソウと近縁種オキナワスズムシソウの繁殖干渉の有無を検証した。遺伝的な解析では、RAD-seqを行い、集団間、ブルード間に加え、地域間（沖縄本島、八重山諸島、台湾）の遺伝的な分化を検証した。

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

• [Int'l Joint Research] 国立自然科学博物館/国立台湾師範大学(台湾)
• [Int'l Joint Research] University of Connecticut/California State University(米国)
• [Int'l Joint Research] University of the Philippines(フィリピン)
• [Int'l Joint Research] LIPI(インドネシア)
• [Int'l Joint Research] University of Basel(スイス)
• [Journal Article] Host-parasite Red Queen dynamics with phase-locked rare genotypes (2016)
  • Author(s): Jomar F. Rabajante, Jerrold M. Tubay, Hiromu Ito, Takashi Uehara, Satoshi Kakishima, Satoru Morita, Jin Yoshimura, Dieter Ebert
  • Journal Title: Science Advances Volume: 2 Issue: 3 Pages: 1-7
  • DOI: 10.1126/sciadv.1501548
  • NAID: 120005841767
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research / Acknowledgement Compliant
• [Journal Article] Geographic body size variation in the periodical cicadas Magicicada: implications for life cycle divergence and local adaptation. (2015)
  • Author(s): Koyama T, Ito H, Kakishima S, Yoshimura J, Cooley JR, Simon C, Sota T.
  • Journal Title: Journal of Evolutionary Biology Volume: 28 Issue: 6 Pages: 1270-1277
  • DOI: 10.1111/jeb.12653
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Evolution of periodicity in periodical cicadas. (2015)
  • Author(s): Ito H, Kakishima S, Uehara T, Morita S, Koyama T, Sota T, Cooley JR, Yoshimura J.
  • Journal Title: Scientific Reports Volume: 5 Issue: 1 Pages: 1-10
  • DOI: 10.1038/srep14094
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Microhabitat locality allows multi-species coexistence in terrestrial plant communities. (2015)
  • Author(s): Tubay JM, Suzuki K, Uehara T, Kakishima S, Ito H, Ishida A, Yoshida K, Mori S, Rabajante JF, Morita S, Yokozawa M, Yoshimura J.
  • Journal Title: Scientific Reports Volume: 5 Issue: 1 Pages: 1-9
  • DOI: 10.1038/srep15376
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] The contribution of seed dispersers to tree species diversity in tropical rainforests. (2015)
  • Author(s): Kakishima S, Morita S, Yoshida K, Ishida A, Hayashi S, Asami T, Ito H, Miller DG, Uehara T, Mori S, Hasegawa E, Matsuura K, Kasuya E, Yoshimura J.
  • Journal Title: Royal Society Open Science Volume: 2 Issue: 10 Pages: 1-11
  • DOI: 10.1098/rsos.150330
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] First record of dusky woodswallow (Artamus cyanopterus) in New Zealand (2015)
  • Author(s): Satoshi Kakishima, Tomoe Morimoto
  • Journal Title: Notornis Volume: 62 Pages: 231-232
  • Peer Reviewed / Open Access / Acknowledgement Compliant
• [Journal Article] 痩果と流水中に漂う稈に生じる無性芽を併用したハタベカンガレイの二刀流繁殖戦略 (2015)
  • Author(s): 北村孔志, 柿嶋聡, 吉村仁, 泰中啓一
  • Journal Title: 莎草研究 Volume: 19 Pages: 41-51
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] 北米東部に周期ゼミと蝶を訪ねて (2015)
  • Author(s): 柿嶋 聡
  • Journal Title: Butterflies Volume: 68 Pages: 50-57
  • NAID: 40020467684
  • Acknowledgement Compliant
• [Journal Article] Evolutionary optimality in sex differences of longevity and athletic performances (2014)
  • Author(s): Hiromi Asanuma, Satoshi Kakishima, Hiromu Ito, Kazuya Kobayashi, Eisuke Hasegawa, Takahiro Asami, Kenji Matsuura, Derek A. Roff & Jin Yoshimura
  • Journal Title: Scientific Reports Volume: 4 Issue: 1 Pages: 5425-5425
  • DOI: 10.1038/srep05425
  • Peer Reviewed / Open Access / Acknowledgement Compliant
• [Journal Article] The paradox of enrichment in phytoplankton by induced competitive interactions. (2013)
  • Author(s): Jerrold M. Tubay, Hiromu Ito, Takashi Uehara, Satoshi Kakishima, Satoru Morita, Tatsuya Togashi, Kei-ichi Tainaka, Mohan P. Niraula, Beatriz E. Casareto, Yoshimi Suzuki & Jin Yoshimura
  • Journal Title: Scientific Reports Volume: 3 Pages: 2835-2835
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] 静岡県東神田川における絶滅危惧植物ハタベカンガレイ(カヤツリグサ科)の個体群動態 (2013)
  • Author(s): 北村 孔志, 柿嶋 聡, 吉村 仁, 泰中 啓一
  • Journal Title: 莎草研究 Volume: 18 Pages: 39-48
  • NAID: 40020144717
  • Peer Reviewed
• [Presentation] 個体ベースモデルを用いた6年周期一斉開花の進化における繁殖干渉仮説の検証 (2015)
  • Author(s): 柿嶋聡、高橋 尚也、渥美 宏太、内貴 章世、西田 佐知子、吉村 仁
  • Organizer: 第47回種生物学シンポジウム
  • Place of Presentation: かんぽの宿岐阜羽島（岐阜県羽島市）
  • Year and Date: 2015-12-04
• [Presentation] 種間交雑現象による植物の多様化に関する進化生態学的研究 (2015)
  • Author(s): 柿嶋 聡
  • Organizer: 日本植物学会
  • Place of Presentation: 朱鷺メッセ（新潟県新潟市）
  • Year and Date: 2015-09-06
  • Invited
• [Presentation] 周期植物と非周期植物の交雑における非対称性 (2015)
  • Author(s): 柿嶋 聡、守田智、吉村仁、邑田仁
  • Organizer: 第62回日本生態学会大会
  • Place of Presentation: 鹿児島大学（鹿児島県・鹿児島市）
  • Year and Date: 2015-03-21
• [Presentation] 6年周期一斉開花の進化における繁殖干渉仮説の格子シミュレーションを用いた検証 (2015)
  • Author(s): 柿嶋 聡、高橋尚也、渥美宏太、吉村仁
  • Organizer: 日本植物分類学会第14回大会
  • Place of Presentation: 福島大学（福島県・福島市）
  • Year and Date: 2015-03-08
• [Presentation] Evolutionary study of a 6-year periodical mass flowering plant in Japan and Taiwan (2015)
  • Author(s): Satoshi Kakishima, Jin Yoshimura, Jin Murata
  • Organizer: Contribution of Genetics to Plant Conservation, Brazil - Japan International Workshop 2015
  • Place of Presentation: University of Sao Paulo (Piracicaba, SP, Brazil)
  • Year and Date: 2015-02-03
• [Presentation] 6年周期一斉開花植物コダチスズムシソウの生活史進化 (2014)
  • Author(s): 柿嶋 聡、吉村 仁、邑田 仁
  • Organizer: 第46回種生物学シンポジウム
  • Place of Presentation: 富士Calm 一般財団法人人材開発センター富士研修所（山梨県富士吉田市）
  • Year and Date: 2014-12-05
• [Presentation] Evolutionary study of a 6-year periodical mass flowering plant (2014)
  • Author(s): Satoshi Kakishima, Yi-Shuo Liang, T. Y. Aleck Yang, Jin Yoshimura, Jin Murata
  • Organizer: 4th Taiwan-Japan Ecology Workshop
  • Place of Presentation: National Dong Hwa University (Hualien, Taiwan)
  • Year and Date: 2014-11-17
• [Presentation] 熱帯雨林の樹木多様性の維持・進化における種子散布者の寄与の理論的検証 (2014)
  • Author(s): 柿嶋 聡、林幸輝、守田智、吉村仁
  • Organizer: 日本植物学会第78回大会
  • Place of Presentation: 明治大学（神奈川県・川崎市）
  • Year and Date: 2014-09-14
• [Presentation] 6年周期一斉開花植物コダチスズムシソウの系統的背景 (2014)
  • Author(s): 柿嶋 聡、吉村 仁、邑田 仁
  • Organizer: 日本生態学会
  • Place of Presentation: 広島国際会議場(広島県広島市)
• [Presentation] 系統から探る周期的一斉開花の進化 (2014)
  • Author(s): 柿嶋 聡、吉村 仁、邑田 仁
  • Organizer: 日本植物分類学会
  • Place of Presentation: 熊本大学(熊本県熊本市)
• [Presentation] 生活史の地域的変異から見たコダチスズムシソウの周期的一斉開花の進化 (2013)
  • Author(s): 柿嶋 聡、吉村 仁、邑田 仁
  • Organizer: 日本植物学会
  • Place of Presentation: 北海道大学(北海道札幌市)