2021 Fiscal Year Research-status Report
花の病気の理論モデル：送粉者が広げる植物感染症が花形質の進化に及ぼす影響の解明
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21K20675
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| Research Institution | Hokkaido University |
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Principal Investigator |
伊藤 公一 北海道大学, 人獣共通感染症国際共同研究所, 学術研究員 (80768721)
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| Project Period (FY) |
2021-08-30 – 2023-03-31
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| Keywords | 送粉者 / 感染症 / 性表現 / 繁殖生態学 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
近年、送粉者は花粉だけでなく、植物個体の適応度に悪影響を与えるような微生物をも同時に運んでいることが報告されている。しかし、このような送粉者を介して花から花へと広がる広い意味での「感染症」の存在が、植物の繁殖成功や花形質の進化に与える影響については、これまで十分明らかにされてこなかった。
そこで、本研究プロジェクトではまず一般的な疫学理論モデルを発展させ、送粉者を介した花の感染症固有の要素を取り入れた理論的枠組み作りに取り組んだ。未感染、感染の状態に加えて、送粉者の花粉の有無、花の受粉の有無の、二つの状態を新たに加えることで、感染症と植物の繁殖成功を同時に推定可能な理論モデルの構築を行なった。
構築した理論モデルを用いて、感染症の広がり方に影響する要素について解析をおこなったところ、花の感染症は送粉者の感染比率が低くても容易に蔓延しうること、植物の繁殖成功は訪花頻度が低すぎても高すぎても低下しうることを明らかにした。さらに、花が感染症への耐性（耐病性）を進化させた場合、その結果は花の性表現によって大きく異なることを明らかにした。両性花の場合、感染症のタイプに関わらず感染力に応じて中程度の耐病性を進化させた。一方、雌雄異花の場合、感染症が主に訪花頻度を減らすような病徴を示す場合には雄花において高い耐病性を持ち、感染症は主に雌花において広がるのに対して、感染症が種子を損なうような病徴を持つ場合、雌花が高い耐病性を持ち、感染症は主に雄花において広がった。これらの結果は、花において感染症をめぐる利害は雌雄で異なっており、場合によっては性的対立が生じる可能性を示唆している。
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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
本研究の中核である、花の感染症固有の要素を取り入れた理論的枠組み作りは、現象を記述するための数式が事前の予想より複雑であったことから、主に仮定の妥当性と解析可能性のバランス調整に苦労したため、本年度前半は理論モデルの構築作業は遅れていた。
しかし、基礎となる理論的枠組みの検討に十分時間をかけたことで、その後の感染症動態や植物の耐病性の進化動態の解析自体は当初の見込みより容易となり、作業も順調に進んだ。結果、本年度後半には当初の遅れを取り戻す進捗を得たことで、本年度全体の結果としては計画通りに順調に進展していると考えられる。
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| Strategy for Future Research Activity |
次年度は、本年度の結果を中心として論文として成果をまとめる作業を進めるとともに、主に二つの理論モデルの発展を検討している。
一つは、より複雑で現実的な仮定の導入である。例えば、本研究では感染動態について定常状態を仮定しているが、多くの感染症同様花の感染症においても感染自体は時空間的によりダイナミックな動きを見せる可能性が高い。特に、開花期が限られているような植物では、開花初期と後期で大きく感染確率が異なる可能性がある。また、複数種の花や送粉者が混在している場合にも、感染の広がりは大きく異なるものとなる可能性が高い。これらの要素の影響について、理論モデルを用いた解析可能性について検証する予定である。
また、本年度の解析から、両性花や雌雄異花のような花の性表現による感染症の影響の違いは、事前の予想以上に大きく複雑であることが明らかとなった。性表現自体の進化は当初の計画を超えたより挑戦的な課題であるが、植物に対する感染症の持つ意義を考える上で重要な研究課題であるとも言えるため、実現可能性を含めて検証する予定である。
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| Causes of Carryover |
新型コロナウイルス感染症の拡大により、予定していた研究打ち合わせ等を実施できなかったため、旅費の使用額が事前の想定より少なかった。当該する助成金の分については、当年度に実施できなかった研究打ち合わせについて次年度に速やかに実施することで旅費として使用する予定である。
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Research Products
(1 results)
