2023 Fiscal Year Annual Research Report
地域集団の遺伝的多様性と気候変動へのレジリエンス：高山植物を用いた地域間比較
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22H02695
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| Allocation Type | Single-year Grants |
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| Research Institution | Hokkaido University |
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Principal Investigator |
工藤 岳 北海道大学, 地球環境科学研究院, 准教授 (30221930)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
和久井 彬実 公益財団法人花と緑の銀行, 中央植物園部, 研究員 (00914128)
和田 直也 富山大学, 学術研究部理学系, 教授 (40272893)
甲山 哲生 東京大学, 大学院農学生命科学研究科(農学部), 助教 (50793379)
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| Project Period (FY) |
2022-04-01 – 2026-03-31
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| Keywords | 高山植物 / 遺伝的多様性 / 気候変動 / 環境適応 / 生物間相互作用 / 種子食害 / フェノロジー / 送粉系 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
大雪山サイトでは、ウスユキトウヒレン、ハクサンボウフウ、ヨツバシオガマ、コガネギクの開花時期とパフォーマンス（花茎高、花序サイズなど）、結実率、種子食害率のモニタリングを行った。また、対象種の花粉媒介昆虫の観察を行った。立山サイトでは、ハクサンボウフウ、ヨツバシオガマ、コガネギクについて同じくパフォーマンス、結実率、種子食害率の計測を行った。
立山室堂周辺で、50 m x 50 mグリッドごとに遺伝解析用の葉のサンプリングを行い、5種合計620個体のサンプルを得た（前年度からの累計は1095個体）。これにより、設定した調査区の約2/3の区画でサンプリングを完了した。また、これまでにシーケンスデータが得られていた大雪山の5種合計2555個体についてジェノタイピングを完了し解析を行った。その結果、複数種で共通する空間遺伝構造が確認され、高山植物の遺伝的多様性が雪解け時期とポリネーターの季節活性によって形成される可能性が強く示唆された。
約100 haの調査地を対象に、22年及び23年の無積雪期（10月）に撮影したドローンRTK空撮画像より地表面のデジタル標高モデル（DEM）を、23年の積雪期（4月）に撮影したRTK画像より積雪面のDEMを作成し、調査地の積雪深を推定した。さらに、人工衛星画像（PlanetScope）を用いた解析により、23年における消雪日の推定や調査地において優占するハイマツの被覆度を明らかにした。
22年度に大雪山5個体群、立山4個体群で採取したハクサンボウフウの種子について、発芽試験を行った。大雪山の個体群については、冷暗所で2か月程度置くと発芽した。一方で、立山の個体群の種子は、冷暗所で2か月置いてもほとんど発芽せず、明環境に移した後に順次発芽した。大雪山と立山間で、ハクサンボウフウの発芽特性が異なっている可能性が考えられた。
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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
大雪山ならびに立山調査地では、いずれも予定していた調査プロットの設置とそこでの対象植物の形態特性、結実率、種子食害率を計測し、生態情報を蓄積することができた。
大雪山の調査地については、広域での空間遺伝構造解析を行い、植物種特異的な景観構造に対応した遺伝構造を解析することができた。立山では、ほぼ計画通りの遺伝解析のためのサンプリングを進めており、着実に計画を進めている。
立山サイトでは、ドローンで撮影された画像から積雪分布やハイマツ分布状況などの空間構造の定量化を行い、調査地のメッシュでで確認された種の在不在データから、種の分布に作用する要因の解析を試行的に行った。ヨツバシオガマを対象に種分布モデルを用いた解析の結果、分布に影響を及ぼす環境要因を推定することができ、モデルの有効性を確認できた。
実験室での発芽実験の結果、ハクサンボウフウの発芽特性に山域間の違いが認められ、発芽に影響する環境要因が地域間で異なる可能性が示された。
これまでの成果を6報の学会発表と３報の原著論文として公表することができた。
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| Strategy for Future Research Activity |
24年度は、引き続き大雪山と立山で開花フェノロジー、結実率、種子食害率の計測を行う。新たにミヤマリンドウとクロウスゴを対象種に加え、繁殖特性や集団遺伝構造に山域間で違いがあるかどうかの検証を行う。
立山の調査地における遺伝解析用の葉のサンプリングを継続し、設定した調査区全域でのサンプリングの完了を目指す。サンプルから抽出したDNAを用いて、マイクロサテライト遺伝子座のNGS解析用のライブラリ調整を行い、一定のサンプルが揃った段階でIllumina Miseqによる一括シーケンスを行う。
積雪期（4月）における積雪深や消雪日の推定のため、ドローンを用いた空撮調査と人工衛星画像を用いた画像解析を実施する。得られた情報を、対象とした高山植物各種の遺伝解析結果と照合し、地形と積雪環境が高山植物の分布や空間遺伝構造に及ぼす影響を評価する。
今年度のハクサンボウフウの発芽実験については、大雪山と立山の個体群について詳細な発芽特性の違いを明らかにする。そのために冷暗所に置くもの、冷暗所に2か月置いたのち明環境に移すもの、最初から明環境に置くもの、の3条件で比較を行う。また、昨年度発芽試験で得られた実生については、ポットに植え替えて栽培し、定期的にサイズ測定を行う。
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