2019 Fiscal Year Annual Research Report
Large-scale empirical tests for (co)evolutionary ecosystem restoration
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19H02974
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| Research Institution | Hokkaido University |
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Principal Investigator |
内海 俊介 北海道大学, 北方生物圏フィールド科学センター, 准教授 (10642019)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
門脇 浩明 京都大学, 森里海連環学教育研究ユニット, 特定助教 (30643548)
吉田 俊也 北海道大学, 北方生物圏フィールド科学センター, 教授 (60312401)
小林 真 北海道大学, 北方生物圏フィールド科学センター, 准教授 (60719798)
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| Project Period (FY) |
2019-04-01 – 2024-03-31
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| Keywords | 生態ー進化フィードバック / 森林再生 / 遺伝的多様性 / GBS |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究の目的は、生態系復元において、迅速な進化は生じるのか？群集における迅速な進化を明示的に考慮することで生態系復元は最適化できるか？という2つの問題に対して、ゲノミクスと大規模復元実験を融合させた実証アプローチよって明らかにすることである。
この目的に対し１年目は北海道大学の天塩・中川・雨龍研究林にまたがり、天然林・針葉樹人工林・蛇紋岩天然林を対象に、0.16haの試験地を合計30個設定した。全試験地で毎木調査と土壌採取調査を完了させ、積雪期には全試験地での伐採をほぼ完了させた。これによって、土砂崩れを模した野外処理を大規模に行う事前の生態系情報を確保できた。関連するメタ解析にも着手した。
次に、皆伐地でもう一つの野外実験を開始した。森林再生においてシカ食害と植物種間／種内相互作用が与える影響を明らかにすること、特に、ゲノミクスを活用して、それらの効果が植物種内の遺伝的多様性や淘汰に与える影響を明らかにすることが目的である。1m方形区を64個設け、自生地から採取したダケカンバ・アカエゾマツ・オノエヤナギの３樹種の稚樹について、混植・単植で植栽し、そのうち半分にはシカ排除柵を設置した。
また、野外実験で活用するPool-GBSの有効性をダケカンバを用いて検証した。DNA抽出、制限酵素による断片化処理などを行い、個体ごとと、個体をプールしたサンプルを設定してインデックスPCRを行った。ライブラリ調整を行ったのちMiSeqによって配列データを得て、アセンブルを行い10765座のSNP情報を得た。多倍数性を考慮したジェノタイピングを行い、個体データとプールしたデータにおいてアリル頻度の一致度を比較した結果、プールした場合でも高精度でアリル頻度の再現ができることがわかった。他にも、野外における植物や植食性昆虫の迅速進化動態を機能遺伝子やSNPの時空間動態解析により明らかにした。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
１年目に計画していた事項について、すべて順調に進んでいる。
具体的に、１）主たる実験のための30地点での皆伐・地剥ぎが予定通り進行、２）1地点でのシカ食害と種間・種内相互作用処理の操作実験が予定通り進行、３）ダケカンバを用いたPool-GBS検証実験に成功、４）メタ解析への着手、という点からそれが言える。
特に１について、急傾斜地において重機をもちいて強度の地剥ぎを行うための技術的検討を行うことができ、実施可能な斜度とオペレーターの技術を確認することができた。これらにより、２年目も計画通り着実に実験の進行を進めることができる。また、３についても技術的な基盤を確立できたため、２年目以降の解析を計画通りにすすめることができる。
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| Strategy for Future Research Activity |
今後は以下のように推進する。
１）北海道大学の天塩・中川・雨龍研究林に0.16ha試験区(40m x 40m)を10箇ずつ新設した(計30)。本年は、この試験区では4月中に全皆伐が終了し、その後、下層植生調査をドローンと人力で行う。そして、６－８月に、地滑り災害を模した地表土壌・植生の重機による強度の剥ぎ取りを施す。そして、同時並行で、地域に現存する多様な樹種の種子を採取する（トドマツ・ダケカンバ・ミズナラ・ケヤマハンノキ・アカエゾマツ 計５種）。各樹種について異なる空間範囲(1km/10㎞圏)でまとめた種子パッケージとして多数用意し、パッケージごとに試験区内に設置する（2m x 2m プロットに播種する）。同時に、同様の播種実験を異なる種数(単一，混合)でまとめた場合でも繰り返し行う。これらによって、遺伝的多様性と種多様性を操作した播種を行う。
２）シカ柵を設置した実験において、葉を採集し、ゲノムDNAを抽出する。実験開始時点の個体と、その後、生残した個体について、各プロットごとにPool-GBSを行い、SNPのアリル頻度の時間変化が、実験処理ごとにどのように異なるのかを検証する。各個体の成長や食害も計測し、表現型における違いについても検討する。
３）１と２の実験において、昆虫群集の調査を行い、植物集団の遺伝的構成が上映栄養段階に波及する効果を測定する。この調査では、葉の表面に残る環境DNAを活用したメタゲノミクス・アプローチとマニュアル調査を行う。
４）土砂崩れとその後の植生回復速度に関するメタ解析を完成させ、論文執筆を開始する。
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Research Products
(8 results)
