水田雑草の遺伝的多様性は過小評価されているか？史前帰化説再考への植物地理研究

Research Project

Project/Area Number	22K05694
Research Category	Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
Allocation Type	Multi-year Fund
Section	一般
Review Section	Basic Section 39060:Conservation of biological resources-related
Research Institution	Akita Prefectural University
Principal Investigator	保田謙太郎秋田県立大学, アグリイノベーション教育研究センター, 准教授 (00549032)
Co-Investigator(Kenkyū-buntansha)	中山祐一郎大阪公立大学, 大学院現代システム科学研究科, 教授 (50322368)
Project Period (FY)	2022-04-01 – 2025-03-31
Project Status	Granted (Fiscal Year 2023)
Budget Amount *help	¥4,160,000 (Direct Cost: ¥3,200,000、Indirect Cost: ¥960,000) Fiscal Year 2024: ¥1,430,000 (Direct Cost: ¥1,100,000、Indirect Cost: ¥330,000) Fiscal Year 2023: ¥1,430,000 (Direct Cost: ¥1,100,000、Indirect Cost: ¥330,000) Fiscal Year 2022: ¥1,300,000 (Direct Cost: ¥1,000,000、Indirect Cost: ¥300,000)
Keywords	水田雑草 / 地理的変異 / 史前帰化植物 / 東北、近畿、九州地方 / DNAバーコーディング / 遺伝的多様性
Outline of Research at the Start	日本の水田雑草の多くは、中国大陸に由来する史前帰化植物であと考えられてきた。一方、研究代表者らは、史前帰化植物であるとされている種であっても、実際には日本に自生する野生種からの雑草化と史前帰化の両方に起源したとする多重起源説を提案した。本研究では、①水田雑草6種の種子を収集し、②それら材料の種鑑定をメタバーコーディング法や染色体分析で行う。③鑑定済みの材料を用いて、MIG-seq分析を行い、種内での遺伝的分化や地理的構造を評価する。④得られた結果から水田雑草の多重起源説を検証する。
Outline of Annual Research Achievements	日本の水田雑草の多くは、約2600年前の稲作の渡来に付随して日本列島に侵入した史前帰化植物であり、日本に自生していた野生種からの雑草化はわずかであると考えられてきた。また、水田雑草の遺伝的多様性は低いと考えられてきた。その理由は日本列島への侵入時の瓶首効果による遺伝的浮動、日本列島北進時の遺伝的浮動、帰化からわずか2600年しか経過していないためである。一方、研究代表者らは、史前帰化植物であるとされている種であっても、実際には日本に自生する野生種からの雑草化と史前帰化の両方に起源したとする多重起源説を提案した。この多重起源説については、日本国内の水田雑草の地理的変異や遺伝的多様性を調べれば、検証できると考えられる。本研究では、史前帰化植物と考えられてきた複数の水田雑草を東北地方、近畿地方、九州地方から収集する。それらについて形態やDNAバーコーディング法を用いた種鑑定、染色体数の調査を行い、近縁種や倍数性の違うタイプの混入をチェックする。鑑定済みの材料を対象としたMIG-Seq法とSTRUCTURE 解析による地理的変異の分析によって多重起源説を検証する。 2023年度は、東北地方では福島県、宮城県、岩手県、青森県で、近畿地方では兵庫県、京都府、和歌山県で、九州地方では鹿児島県、宮崎県で水田雑草（イヌホタルイ、イボクサ、コナギ、クサネム、オモダカなど）を収集し、種子を保存した。収集した個体については、種の同定ミスがないかを、DNAバーコーディング法と形態的特徴から調査した。また、それら個体について標本を作成し、保存した。
Current Status of Research Progress	Current Status of Research Progress 2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned. Reason 2023年には予定としていた東北地方、近畿地方、九州地方で複数の水田雑草の種子を集めることがきた。また、九州および近畿地方の平場ではスクミリンゴガイの食害によって水田雑草を見つけることが難しいこともあったが、標高の高い地点では食害も少なく、目的とする水田雑草を収集できた。このように九州地方では水田雑草の収集にやや苦労したが、予定どおりに材料を収集でき、また、種の勘定や標本作製が進んでおり、（2）おおむね順調に進展していると判断した。
Strategy for Future Research Activity	2022年度と2023年度に収集した植物を栽培し、DNAを抽出する。次世代シークエンサーを用いたMIG-seq分析によってDNA変異を解析する。得られたデータを用いて、STRUCTURE 解析を行い、種内での遺伝的分化や地理的構造を評価する。研究結果をもとに、水田雑草の多重起源説を検証する。得られた成果については、日本雑草学会の英文誌に論文として発表する。