2018 Fiscal Year Research-status Report
Inference of population demographic history of Betula ermanii along altitudinal gradients: implications for future adaptation to global warming
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17K15282
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| Research Institution | University of Tsukuba |
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Principal Investigator |
津田 吉晃 筑波大学, 生命環境系, 准教授 (40769270)
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| Project Period (FY) |
2017-04-01 – 2020-03-31
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| Keywords | ダケカンバ / 耐寒性 / 葉緑体DNA / SSR / 集団分化 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
カバノキ属樹種は冷温帯～亜寒帯を代表する先駆樹種である故に、今後の気候変動に鋭敏に反応し、分布をシフトすると考えられる。そのため、カバノキ属樹種は今後危惧される温暖化などの気候変動の影響評価に適した樹種であると考えられる(津田2018)。そこで本研究では国内では中部山岳等の高標高域から北海道の海岸低地にまで標高差約3000mに適応して分布するカバノキ科カバノキ属ダケカンバ(Betula ermanii)に着目している。具体的には本研究では本種を対象に最新の集団遺伝学的手法を用いて、ダケカンバの遺伝構造および集団動態の歴史を推定する。そして、これら情報からダケカンバの分布シフトおよび非適応リスクを評価し、環境変動が冷温帯林～高山帯の生態系に与える影響に関するケーススタディとすることを目的としている。平成30年度には実験試料である日本国内のダケカンバの分布域を網羅するように採取を行い、全国44集団489個体について母性遺伝する葉緑体DNAのsimple sequence repeatマーカーを用いて、集団遺伝学的解析を行った。
その結果、大きくは関東地方北部周辺を堺にその南北で南方系統、北方系統の2つの遺伝的グループがあることがわかった。但し、これらハプロタイプの分布は完全には南北で分化しておらず、集団分化程度は近縁種のウダイカンバ（Tsuda and Ide 2010）などはよりは低い値であった。これについてはダケカンバはその強い耐寒性のために最終氷期最盛期などの氷期の間も他樹種ほどは分布縮小せず、より連続的に分布できたためと考えられる。さらに独立峰である鳥海山や、栗駒山、四国などの隔離集団からは固有なハプロタイプが検出され、過去の局所的な逃避地の存在が示唆された。また同じ山での標高間の遺伝的分化はある山とそうでない山があることもわかり、これについては2019年度に詳細に評価する。これから結果は第130回日本森林大会において口頭発表した（加藤ら2019）。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
3: Progress in research has been slightly delayed.
Reason
大学業務との兼ね合いで落葉時期前に調査予定だった地域への採取調査に行く時間が確保できず、また核DNAの解析を行う時間を確保できなかったため。
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| Strategy for Future Research Activity |
2019年度は日本国内のダケカンバ分布域でこれまで採取できなった地域（紀伊半島、日光周辺、東北地方日本海側など）で追加採取を行う。これらサンプルを対象に遺伝的多様性の違いや最近の集団動態の歴史を葉緑体DNAだけでなく、両性遺伝する核DNAマイクロサテライト遺伝子座を用いて、遺伝構造を評価する。またこれらデータに申請者の先行研究データ(Tsuda et al. 2017)を追加し解析することで、ユーラシア大陸スケールでみた日本のダケカンバの遺伝的特徴も明らかとする。カバノキ属のゲノムデータ(Salojarvi et al. 2017)が公表されたことから、2019年度はリーシクエンス法あるいはRAD-seq法を用いて大量の一塩基多型（SNP, single nucleotide polymorphism）を取得し、集団ゲノミクス的な解析を行うことで、より長い時間スケールでのダケカンバの標高に着目した適応およびそれに関連した集団動態の歴史の推定を行う。ここで突然変異率が高いマイクロサテライトと突然変異率が低いSNPの両方を用いることで、過去から現在までの時空間スケールにおけるダケカンバが辿ってきた歴史および過去の気候変動との関係を詳細に評価できると期待できる。将来の気候変動の影響評価法の確立にも着手する。種の分布を推定するモデルにはこれまで実際の対象種の移住率などは考慮されていなかったが、最近ではこのような移住率も考慮し、よりフレキシブルに種の分布可能域について評価可能となってきた(Nobis and Normand 2014)。このようなアプローチに実際の遺伝データから推定した集団の移住率、生長率なども考慮できるように改変する予定である。これらデータを最終的に統合し、ダケカンバがこれまで辿ってきた歴史を推定するとともに、将来の気候変動下における挙動予測などを行う。
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| Causes of Carryover |
落葉時期前に予定通り調査できなかったため、核DNA解析が予定通りできなかったため。2019年度夏季までに昨年度採取できなかった地域の採取を行い、最終的に2019年度の予定通りの研究を行う予定である。
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Research Products
(2 results)
