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2022 Fiscal Year Annual Research Report

標高上下間での植物の遺伝的分化と、送粉昆虫が分化の維持に果たす役割

Research Project

Project/Area Number 19H03300
Research InstitutionShinshu University

Principal Investigator

市野 隆雄  信州大学, 学術研究院理学系, 教授 (20176291)

Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) 陶山 佳久  東北大学, 農学研究科, 教授 (60282315)
Project Period (FY) 2019-04-01 – 2024-03-31
Keywords標高種分化 / 草本植物 / 生態型 / 送粉昆虫 / 遺伝分化
Outline of Annual Research Achievements

キツリフネについては、標高上下間で早咲き・遅咲き型の二型が分化している長野県飛騨山脈東麓で研究を行った。まず、葉形態、種子形態、茎上での花の位置などの形質が、二型間で異なっていることを明らかにした。次に、中間標高では早咲き型、遅咲き型の個体が同所的に存在していること、しかしその一方で、中間的な形質をもつ個体は見られないこと、をそれぞれ明らかにした。これらの事実は、何らかの生殖的隔離機構が二型間で働いていることを示している。
さらに、キツリフネの早咲き・遅咲きの二型分化がより広域でも確認されるか、また、二型間で中立遺伝子レベルの分化があるかを確かめるため、長野県4山域37地点のキツリフネについて、開花時期の確認を行うとともに、MIG-seq法による遺伝解析を行った。その結果、開花時期は早い地点と遅い地点があること、そして、遺伝構造は開花時期ごとではなく山域ごとにまとまること、がそれぞれ明らかになった。
最後に、キツリフネの開花時期の遺伝性を検証するため、早咲き型個体と遅咲き型個体を、元々の生育場所から他方の型の生育している場所へ移植する実験を行った。その結果、開花時期は生育場所に関わらず維持されることが判明した。また、二型間の交雑については、人工授粉によるF1個体の作成が可能であること、F1個体の開花時期は二型の中間であることを、それぞれ明らかにした。
ウツボグサについては、生態情報(花サイズや訪花者など)と、MIG-seqによる集団遺伝構造との対応を調べたところ、長野県の集団は他地域のものから遺伝的に区別され、花サイズが大きく、マルハナバチによる訪花が主であることが明らかになった。これは中部山岳域において優占するマルハナバチに適応した集団が、他地域の低標高域で小型のハナバチによる訪花に頼る小型の花の集団から、形態的、遺伝的に区別されることを示している。

Current Status of Research Progress
Current Status of Research Progress

2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.

Reason

キツリフネについては、飛騨山脈東麓で発見された早咲き・遅咲き型の形質二型について、二型間の葉形態、種子形態、茎上での花の位置などの形質分化などについて国際誌に発表した。次に、長野県全体で行ったキツリフネのMIG-seq法による遺伝解析の結果を国際誌へ投稿中である。
ウツボグサについては、MIG-seqによる全国レベルでの地理系統解析の結果を投稿中である。また、遺伝解析を行ったウツボグサ集団のうち、花サイズや訪花者の情報が欠けているものについて、集中的に調査を行った。

Strategy for Future Research Activity

キツリフネについては、MIG-seqによる全国レベルでの地理系統解析の結果については投稿中であるが、狭域での遺伝構造と生態情報(開花期、分布標高、葉形態など)の対応関係については未解明である。2021年度に飛騨山脈東麓の標高約800m~1300mの9地点でMIG-seq法による遺伝解析を行った。その結果として、標高上下で二分する遺伝構造が明らかになったが、解析を行った各個体の生態情報が欠如しているため、形質二型と遺伝構造の相関関係は未だ不明である。
そこで、2023年度はキツリフネの形質二型と遺伝構造の相関関係を明らかにすべく、遺伝解析と同地点での生態観察をおこなう。また、各地点の生育環境(生物的および非生物的)の違いにも着目し、形質二型が山域内の環境勾配に対してどのように局所適応しているかを検証する。
ウツボグサについては、MIG-seqによる遺伝解析の結果と生態情報(花サイズや訪花者など)を統合した解析を行い、成果の公表を目指す。

  • Research Products

    (7 results)

All 2023 2022

All Journal Article (3 results) (of which Peer Reviewed: 3 results) Presentation (4 results) (of which Invited: 1 results)

  • [Journal Article] Sympatric co-existence of two ecotypes of Impatiens noli-tangere (Balsaminaceae) with different morphology and flowering phenology.2023

    • Author(s)
      Toji T, Yamamoto T, Kondo H, Shinohara Y and Itino T
    • Journal Title

      Journal of Plant Research

      Volume: 136 Pages: 323-331

    • DOI

      10.1007/s10265-023-01444-w

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Measurement of inbreeding depression in Rhododendron kaempferi: seed production, germination, juvenile survival, and growth.2022

    • Author(s)
      Takahashi K and Itino T
    • Journal Title

      Botany

      Volume: 100 Pages: 359-365

    • DOI

      10.1139/cjb-2021-0038

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Intraspecific independent evolution of floral spur length in response to local flower visitor size in Japanese Aquilegia in different mountain regions.2022

    • Author(s)
      Toji T, Hirota SK, Ishimoto N, Suyama Y and Itino T
    • Journal Title

      Ecology and Evolution

      Volume: 12 Pages: ー

    • DOI

      10.1002/ece3.8668

    • Peer Reviewed
  • [Presentation] キツリフネの開花時期の分化を伴った局所適応:相互移植実験による検証.2022

    • Author(s)
      近藤輝留, 田路翼, 中瀬悠太, 市野隆雄
    • Organizer
      第54回種生物学会シンポジウム
  • [Presentation] キツリフネのエコタイプ間での開花時期の分化:相互移植実験による検証2022

    • Author(s)
      近藤輝留, 田路翼, 中瀬悠太, 市野隆雄
    • Organizer
      2022年度日本生態学会中部地区大会
  • [Presentation] マルハナバチ属昆虫が駆動する花のサイズの山域間独立進化 -4種植物における共通点2022

    • Author(s)
      田路翼, 廣田峻, 石本夏海, 中瀬悠太, 江川信, 中村駿介, 服部充, 陶山佳久, 市野隆雄
    • Organizer
      日本昆虫学会第82回大会,
    • Invited
  • [Presentation] 相互移植実験によって明らかになったキツリフネのエコタイプ間での形質分化2022

    • Author(s)
      近藤輝留, 田路翼, 中瀬悠太, 江川信, 塩見温士, 山本哲也, 市野隆雄
    • Organizer
      第70回日本生態学会大会

URL: 

Published: 2023-12-25  

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