2017 Fiscal Year Research-status Report

遺伝構造の空間パターン再現モデルの開発

Research Project

Project/Area Number	16K07240
Research Institution	National Institute for Environmental Studies
Principal Investigator	石濱史子国立研究開発法人国立環境研究所, 生物・生態系環境研究センター, 主任研究員 (80414358)
Co-Investigator(Kenkyū-buntansha)	角谷拓国立研究開発法人国立環境研究所, 生物・生態系環境研究センター, 主任研究員 (40451843) 岩崎貴也京都大学, 生態学研究センター, 特別研究員(PD) (10636179)
Project Period (FY)	2016-04-01 – 2019-03-31
Keywords	地理的隔離 / 気候変動 / 遺伝的多様性 / 遺伝構造 / 維管束植物 / パターン比較 / シミュレーションモデル
Outline of Annual Research Achievements	遺伝的多様性は、生物多様性の重要な要素の 1 つである。しかし、保護区選定などの際には、種内の空間的な遺伝子の分布パターンである、遺伝構造はほとんど考慮されていないのが現状である。これは主に、遺伝構造に関する実測データが不足していることによる。遺伝構造の情報不足をモデル補完することをめざし、日本列島での植物の空間的遺伝構造のパターンを再現するシミュレーションモデルの基本構造の開発を継続するとともに、試行的なシミュレーションを実施した。また、遺伝構造のパターン類型化に必要な指標の開発と適用を実施した。モデルの基本構造の開発では、より現実的な挙動を実現するため、突然変異と適応遺伝子をモデルの構造に組み込んだ。さらにシミュレーションの試行では、H28年度に仮想空間での挙動確認を行ったところであるが、H29年度には実際の日本列島の地形と気温、および過去50万年間の気候変化を導入し、モデルにより生成される遺伝構造のパターンや動態の妥当性の確認を行った。その結果、現実的な日本の地形でも、地理的距離にともなう遺伝的な隔離や気候変動への形質・集団サイズ等の応答はおおむね妥当であったが、寒冷期のレフュージアの位置に、想定とのずれがみられ、より現実的な古気候値が必要であると考えられた。日本の維管束植物で実測された遺伝構造に関する文献からのデータ抽出については、H28年度に確立したフローに基づいて、文献からの抽出と解析可能な形式への変換を進めた。整備が済んだデータに対し、H28年度に開発した遺伝構造のパターン抽出指標を適用して実測されたパターンの類型化を試みた。その結果、おおまかに遺伝構造が明瞭でないタイプ、北東から西南にかけての構造が明瞭なタイプ、その中でも特に糸魚川静岡線付近に境界があるタイプ、の3つを分けることができ、開発した指標の挙動の妥当性を確認することができた。
Current Status of Research Progress	Current Status of Research Progress 2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned. Reason ほぼ当初の計画どおり、モデルの基本構造の改善と、日本の現実の地形・気候変動を導入したシミュレーション実験を実施することができた。また、実測データの収集に関しては、国内の維管束植物について、データ整形がほぼ終了し、一部のデータでの解析を実施することができた。
Strategy for Future Research Activity	現実の日本列島の地形と過去80万年程度の古気候を導入したモデルで、遺伝子散布・対立遺伝子数・可塑性の大きさなどのパラメータを変えながら、反復シミュレーションを行う。また、多数の反復計算を行うために必要な、シミュレーションの高速化のための環境整備・モデルの改善を行う。生成された多数の遺伝構造に対し、平成28年度に開発したパターン抽出法を適用し、収集された実測データと比較・検証を行う。実測値は種数や地点数が限られているため、モデルのパターンすべてが実測値で観察される必要はないが、実測値で見られた主要なパターンは、データ不足によるエラーと思われるもの以外は全て、モデルが再現できる必要がある。モデルが実測値のパターンを一部しか再現できない場合、再現できるように入力データの改善、パラメータの調整やモデル構造の改変を行う。具体的には、大陸からの移入、種分化、気温以外の気候要因、などのプロセスを追加で組み込む。引き続き、文献等から実測された遺伝構造のデータおよび種ごとの生態特性に関する情報の収集を行い、GISデータ化・データベース整備を行う。
Causes of Carryover	シミュレーションモデルの計算時間が十分に短くない場合に、計算機環境の整備を行う予定であったが、平成29年度の研究内容においては、十分な計算速度であると判断され、計算機環境整備を行わなかったため。モデル開発の進捗とともに、計算機実験の量が増加すると想定され、計算機環境の整備が必要となると想定される。平成30年度に計算機環境の整備、具体的には並列計算に必要なグラフィックボード等の購入に使用する。