2020 Fiscal Year Research-status Report

日本の稲作開始期における水田雑草の誕生プロセス解明についての分子生態遺伝学的研究

Research Project

Project/Area Number	17K07626
Research Institution	Akita Prefectural University
Principal Investigator	保田謙太郎秋田県立大学, 生物資源科学部, 准教授 (00549032)
Co-Investigator(Kenkyū-buntansha)	中山祐一郎大阪府立大学, 人間社会システム科学研究科, 教授 (50322368)
Project Period (FY)	2017-04-01 – 2022-03-31
Keywords	タイヌビエ / 半直立型 / 交雑不稔 / 東日本での分布 / 史前帰化植物 / 四倍体 / 地理的変異
Outline of Annual Research Achievements	日本の水田雑草の多くは、稲作とともに渡来した史前帰化植物に由来すると考えられてきた。しかし、史前帰化植物として典型的なタイヌビエであっても、その一部は日本に自生していた野生種からの水田適応（雑草化）によって誕生した可能性が申請者らの地理的変異の分析によって示されたが、稲作の渡来以前でのタイヌビエの生育場所は謎であった。最近、半直立型の草型を持つタイヌビエが東北地方で発見され、野生種の生き残りのである可能性が考えられた。本研究では、半直立型の生態的特性や生育環境を栽培実験や探索調査から明らかにし、半直立型が稲作渡来以前の日本で生育できたことを示す。さらに、分子マーカを用いた変異解析から、日本のタイヌビエは史前帰化と日本での雑草化の両方で誕生したとする考え方について検証する。半直立型は、北海道～長野県まで分布し、路傍や畦畔、空き地、ガレ場などの二次遷移の初期段階となる攪乱環境に生育していることが明らかになった。生育環境の特徴からは、半直立型は、稲作渡来以前の日本にも十分に存在できたと推察される結果が得られた。分子マーカを用いた変異解析らは、半直立型は、タイヌビエと同じAABBゲノムを持ち、遺伝的に極めて近い関係にあることが明らかとなった。ただ、両者間の交雑実験では、花粉稔性が著しく低下し、完全に不稔になる組み合わせもあった。また、稔実種子を付ける組み合わせでも、種子数は1穂あたり、1粒程度であった。さらに、フローサイトメトリーを用いたゲノム量の比較では、半直立型のゲノム量がタイヌビエと比べて少ない傾向にあり、核waxy遺伝子のシークエンス分析やMIG-seq分析でも両者間の遺伝的分化は認められた。これら解析からは、半直立型の水田適応によってタイヌビエが誕生したことを支持する結果は示されなかったが、半直立型はタイヌビエの亜種もしくは最近縁種となる関係であることが明らかになった。
Current Status of Research Progress	Current Status of Research Progress 2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned. Reason 計画した実験や調査がすべて実施でき、半直立型の生態的、遺伝的、形態的特徴を明らかにできた。研究の開始時点では、半直立型はタイヌビエの非水田適応型（エコタイプ）と考えていたが、亜種もしくは最近縁種として位置づけられる可能性があることが明らかにできた。また、この研究によってヒエ属植物の系統関係について整理することができた。このように予期しない成果を得つつ、研究を進捗させることが出来たので、（2）とした。
Strategy for Future Research Activity	西日本地域で半直立型を探索収集する。これまでに得られた成果を論文としてまとめ、成果の公表に務める。
Causes of Carryover	コロナ禍によって、西日本地域の調査が出来なかった。