Coexistence mechanism of native and related two Commelina species under reproductive interference

• Project/Area Number: 17J01902
• Research Category: Grant-in-Aid for JSPS Fellows
• Allocation Type: Single-year Grants
• Section: 国内
• Research Field: Ecology/Environment
• Research Institution: Kobe University
• Principal Investigator: 勝原 光希 神戸大学, 人間発達環境学研究科, 特別研究員(DC1)
• Project Period (FY): 2017-04-26 – 2020-03-31
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2019)
• Budget Amount: ¥2,800,000 (Direct Cost: ¥2,800,000); Fiscal Year 2019: ¥900,000 (Direct Cost: ¥900,000); Fiscal Year 2018: ¥900,000 (Direct Cost: ¥900,000); Fiscal Year 2017: ¥1,000,000 (Direct Cost: ¥1,000,000)
• Keywords: 共存 / 進化ー生態動態 / 自殖 / 繁殖干渉 / 送粉 / ツユクサ / 進化－生態動態

Outline of Annual Research Achievements

植物の多種共存機構の解明は生態学における中心的議題であり、伝統的には、それらは異なる送粉者に適応した花形態や開花期のずれといった、ニッチ分割理論によって説明されてきた。本研究では、「先行自家受粉率の進化が繁殖干渉下の２種共存を可能にする」という仮説の検証を目的とし、本年度はツユクサ・ケツユクサ野外集団における集団遺伝学的な調査及び、数理モデルを用いたシミュレーションによる共存条件の模索を行った。
まず、繁殖干渉が集団の遺伝構造や自殖率に与える影響について検証を行った。昨年度までに開発したケツユクサに適応可能なマイクロサテライトマーカーを用いて、ツユクサとケツユクサの共存集団とケツユクサの単独集団から採取した葉のDNAを抽出しジェノタイピングを行い、集団間の遺伝構造や自殖率の比較を行った。結果から、共存集団では、単独集団と比較し、遺伝的多様性は変化しない一方で、近交係数や推定自殖率が増加する傾向があることが明らかになった。このことは、繁殖干渉の存在下で自殖的な個体が増加していることを示唆している。
さらに数理モデルを用いたシミュレーションから、、送粉者量や近交弱勢等のパラメータについて、共存を可能にするパラメータ領域について詳細な解析を行った。結果から、中程度の送粉者制限があること、及び、近交弱勢の強度が集団の自殖率の増加に伴って減少すること条件では、２種で先行自家受粉が共進化することによって長期的な共存が可能になることが示唆された。これらの結果は、繁殖干渉下での近縁種の共存機構を、従来の理論であるニッチの分割や空間構造を伴う棲み分け等とは異なる視点から説明するものであり、植物の多種共存メカニズムだけでなく、植物の多様な繁殖様式の進化に関する知見を深める重要な発見である。

Research Progress Status

令和元年度が最終年度であるため、記入しない。

Strategy for Future Research Activity

令和元年度が最終年度であるため、記入しない。

Research Products

• [Journal Article] Development of microsatellite markers for the annual andromonoecious herb <i>Commelina communis</i> f. <i>ciliata</i> (Commelinaceae) (2019)
  • Author(s): Katsuhara Koki R.、Nakahama Naoyuki、Komura Taketo、Kato Masaya、Miyazaki Yuko、Isagi Yuji、Ito Motomi、Ushimaru Atushi
  • Journal Title: Genes & Genetic Systems Volume: 94 Issue: 3 Pages: 133-138
  • DOI: 10.1266/ggs.18-00058
  • NAID: 130007684068
  • ISSN: 1341-7568, 1880-5779
  • Year and Date: 2019-06-01
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Prior selfing can mitigate the negative effects of mutual reproductive interference between coexisting congeners (2019)
  • Author(s): Katsuhara Koki R.、Ushimaru Atushi
  • Journal Title: Functional Ecology Volume: 33 Issue: 8 Pages: 1504-1513
  • DOI: 10.1111/1365-2435.13344
  • Peer Reviewed
• [Presentation] Prior autonomous selfing can promote the coexistence of related Commelina species under the competition via interspecific pollen transfer (2019)
  • Author(s): Katsuhara K and Ushimaru A
  • Organizer: ESA & USSEE 2019 Joint Meeting
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Prior autonomous selfing can promote the coexistence of related Commelina species under the competition via interspecific pollen transfer (2018)
  • Author(s): Katsuhara K and Ushimaru A
  • Organizer: BOTANY 2018
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] 自殖の進化は繁殖干渉下の共存を促進するか：個体ベースモデルを用いたシミュレーション (2018)
  • Author(s): 勝原光希、立木佑弥、入谷亮介、丑丸敦史
  • Organizer: 第50回種生物学シンポジウム
• [Presentation] 繁殖干渉下の在来近縁植物２品種の共存機構－ツユクサ・ケツユクサ系を用いて (2017)
  • Author(s): 勝原光希、丑丸敦史
  • Organizer: 生態学会 平成29年度第一回近畿地区会
• [Presentation] Reproduction assurance by prior selfing facilitates the coexistence of congeneric plants under mutual reproductive interference (2017)
  • Author(s): Katsuhara K and Ushimaru A
  • Organizer: ECOLOGY ACROSS BORDERS
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] 自殖の進化と2種共存：送粉者を介した競争が引き起こすEco－Evoダイナミクス (2017)
  • Author(s): 勝原光希、立木佑弥、入谷亮介、丑丸敦史
  • Organizer: 第65回日本生態学会
• [Remarks] 神戸大学プレスリリース
  • URL: http://www.kobe-u.ac.jp/research_at_kobe/NEWS/news/2019_05_01_01.html