2019 Fiscal Year Annual Research Report
Testing the genetic paradox of biological invasion by using varved sediment and obligate parthenogenetic Daphnia pulex
| Project/Area Number |
18J22937
|
|---|
| Research Institution | The University of Tokyo |
|---|
Principal Investigator |
大竹 裕里恵 東京大学, 総合文化研究科, 特別研究員(DC1)
|
|---|
| Project Period (FY) |
2018-04-25 – 2021-03-31
|
| Keywords | 遺伝的多様性 / 適応 / 生物侵入 / Resurrection Ecology / 枝角類 / 湖沼生態系 / 単為生殖 / 年縞堆積物 |
|---|
| Outline of Annual Research Achievements |
本研究は、生物の侵入成功機構の解明に向けた知見を取得するため、湖沼堆積物中に残るミジンコ（Daphnia pulex）の休眠卵とその孵化個体を用い、調査湖沼におけるミジンコ個体群の侵入から現在までの遺伝的構造と形質の時系列変動を解明することを目的としている。本研究は主に、①堆積物中の休眠卵の取得とこれに基づく侵入動態の推定、②休眠卵を材料とした集団遺伝的解析、③定着に関係し得た形質の測定実験からなる。2019年度は②および③に取り組んだ。
②について、ミトコンドリアマーカーを用いた分析により、前年度に行ったゲノムワイドSNP解析で得られた知見の追加検証を実施した。この結果、深見池におけるミジンコ個体群は、侵入初期から近年まで単一の遺伝子型（JPN2C）が優占してきたと明らかになった。2012年頃から優占遺伝子型と遺伝的に離れたJPN1系統に属するJPN1A-C2T2系統が出現したが、置き換わりは見られなかった。以上より、深見池のミジンコ個体群は定着初期から限られた遺伝子型のみで維持されてきたと示唆された。
③について、ミジンコが捕食者群集に応答して変動させる形質として知られる体サイズと対捕食者防御形質について、休眠卵を包む鞘状の構造である卵鞘と、休眠卵と同様に堆積物中に長期的に保存される尾爪という部位を測定することで変動を明らかにした。この結果、ミジンコは優占捕食者や捕食者群集の変化に応答して成熟個体の体サイズや対捕食者防御形質を適応的に変化させたと示唆された。
これらから、深見池に定着したミジンコ個体群は限られた遺伝子型で維持されてきたにも関わらず、適応的に形質を変動させたと見られた。これは、深見池のミジンコ個体群が環境変化に応じた大きな可塑性を有しており、遺伝的多様性よりも、環境変化に追随できる表現型可塑性をもつ遺伝子型の存在により定着が成功した可能性を示唆している。
|
| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
本年度は、「②休眠卵を材料とした集団遺伝的解析」における追加検証、及び、「③定着に関係し得た形質の測定実験」の内、捕食被食関係に関連し得る形質の測定を終了させる予定を立てていた。これらについては完了した。②について、ミトコンドリアマーカーを用い、ミジンコ個体群定着から近年にかけての遺伝的構造の変動を解析し、定着初期から近年まで単一の遺伝子型が優占してきたことを明らかにした。③について、休眠卵を包む卵鞘と、ミジンコが生物遺骸として堆積物中に残す尾爪の形態測定から、ミジンコ個体群が捕食者群集の変動に応じて成熟個体の体サイズや防御形質を変化させたことを示した。尚、③について、今年度に分析した捕食被食関係に関連する形質の他、当初は寄生関係に関連する形質に着眼する予定であった。昨年度までの分析で、深見池には現存枝角類において寄生を受けているものがほとんど観察されず、今年度更に確認を進める計画を立てていた。計画に則り、深見池に現存する個体群を引き続き分析したが、依然としてバクテリアや菌類に寄生された枝角類はほとんどみられなかった。これを受け、2020年度は寄生関連形質の分析は行わず、出現期の異なった2系統（JPN1、JPN2）の違いについて、生活史形質を中心に分析する方針を立てた。これを分析するための飼育実験の準備について、休眠卵由来の飼育系統の確立を既に完了させている。
以上のことから、本年度は計画した通りに研究が進み、おおむね順調な進展が得られたと判断した。
|
| Strategy for Future Research Activity |
2020年度は、「③定着に関係し得た形質の測定実験」について生体を用いた形質測定を実施する。特に、定着・出現期が異なった二つの系統であるJPN2とJPN1に着眼する。これらは同一種に属する、交雑の起こらない異なる系統であり、ニッチが大きく重複していると考えられ、餌制限下では強い競争関係にある可能性が考えられる。特に優占型であったJPN2CとJPN1の内多く出現が見られたJPN1A-C2T2を用い、深見池におけるこれらの系統の違いを探索する。これを通し、JPN2Cの優占条件維持機構と2012年以降のJPN2とJPN1の共存機構、なぜ2012年頃までJPN1が出現しなかったかといった問題に対する知見の取得を試みる。既に、堆積物から単離した休眠卵を孵化させることによる生体の取得および培養系統の確立は完了している。2020年度はこれらの培養系統を用い実験を行っていく。JPN2CとJPN1A-C2T2それぞれの繁殖形質と競争能力に着眼し、これらの測定を試みる。①～③の分析結果を統括し、深見池におけるミジンコ定着過程についてまとめる。これを通し、生物の侵入・定着過程における遺伝的動態と、適応関連形質の変動や寄与について知見の取得を試みる。
|
| Remarks |
・研究関連記事寄稿1件
2. 大竹裕里恵. (2019) 第21回大会学生ポスター賞最優秀賞受賞記 年縞堆積物と休眠卵で遡るミジンコ個体群定着の歴史. 日本進化学会ニュースレター. 20 (3): 18-19.
|
