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Why does high-altitude ecotype exist even in conifers with long-distance gene flow?

Research Project

Project/Area Number 20H03021
Research Category

Grant-in-Aid for Scientific Research (B)

Allocation TypeSingle-year Grants
Section一般
Review Section Basic Section 40010:Forest science-related
Research InstitutionThe University of Tokyo

Principal Investigator

GOTO Susumu  東京大学, 大学院農学生命科学研究科(農学部), 准教授 (60323474)

Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) 北村 系子  国立研究開発法人森林研究・整備機構, 森林総合研究所, 主任研究員 等 (00343814)
内山 憲太郎  国立研究開発法人森林研究・整備機構, 森林総合研究所, 主任研究員 等 (40501937)
久本 洋子  東京大学, 大学院農学生命科学研究科(農学部), 助教 (60586014)
津山 幾太郎  国立研究開発法人森林研究・整備機構, 森林総合研究所, 主任研究員 等 (80725648)
石塚 航  地方独立行政法人北海道立総合研究機構, 森林研究本部 林業試験場, 主査 (80739508)
種子田 春彦  東京大学, 大学院理学系研究科(理学部), 准教授 (90403112)
Project Period (FY) 2020-04-01 – 2023-03-31
Project Status Completed (Fiscal Year 2023)
Budget Amount *help
¥17,680,000 (Direct Cost: ¥13,600,000、Indirect Cost: ¥4,080,000)
Fiscal Year 2022: ¥5,720,000 (Direct Cost: ¥4,400,000、Indirect Cost: ¥1,320,000)
Fiscal Year 2021: ¥6,240,000 (Direct Cost: ¥4,800,000、Indirect Cost: ¥1,440,000)
Fiscal Year 2020: ¥5,720,000 (Direct Cost: ¥4,400,000、Indirect Cost: ¥1,320,000)
Keywords遺伝子流動 / 標高適応 / 中心辺境仮説 / トドマツ / cpSSRマーカー / エコタイプ / 不適応 / 雑種強勢 / 分布辺境仮説 / 自殖 / 開花期 / 葉緑体SSR / 局所適応 / 高標高 / 標高勾配 / 分布上限 / 遺伝子発現 / ジーンフロー / 適応的遺伝子 / 標高 / 繁殖個体密度 / 適応的遺伝変異 / 種分布モデル / UAV / 人工交配 / 中心辺縁仮説
Outline of Research at the Start

針葉樹では花粉や種子を介した長距離ジーンフローが卓越するが、高標高域では分布中心と形態・生理形質が明瞭に異なるエコタイプ(高標高エコタイプ)が存在する。ジーンフローが活発なのに、なぜ、エコタイプが存在するのだろうか。一般に、分布中心から分布辺縁へと方向性のあるジーンフローが存在し、辺縁環境に適応的でない遺伝子が流入するとされている。本研究では、トドマツについて、標高適応に関連するマーカーを開発し、1) 高標高タイプが持つ適応的遺伝子の頻度は他と違うのか、2) 適応的遺伝子のジーンフローに方向性があるか、3) 分布中心から分布上限にジーンフローが起こった時、適応度は低下するか、について解明する。

Outline of Final Research Achievements

This study investigated the genetic composition of breeding and offspring individuals at three elevations (600m, 900m, and 1200m) on Mt. Tokachi. It analyzed the paternity of seeds originating from high-elevation maternal trees and verified the occurrence of mating between elevations. Additionally, it examined the traits of subsequent generations in cases of hybridization. Results revealed genetic differentiation of the 1200m population from other elevations. Furthermore, paternity analysis indicated approximately 20% pollen flow from other elevations to seeds at 1200m. Hybrid offspring exhibited intermediate traits, suggesting rare gene flow between elevations and low fitness of hybrid generations, implying the maintenance of high-elevation ecotypes.

Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements

この研究の学術的な意義は、遺伝子流動の制限がある場合に局所適応が発達するという一般的な理論に挑戦し、遺伝子流動の大きい針葉樹においても高標高のエコタイプが維持されるメカニズムを明らかにする点にある。狭い地理的スケールでも高標高のエコタイプが維持される理由は謎だったが、開花期のズレと交雑次代の適応度の低さからエコタイプが維持されていることが支援された。社会的な意義として、高標高エコタイプは変動環境では維持されない可能性があることも示唆される。

Report

(4 results)
  • 2023 Final Research Report ( PDF )
  • 2022 Annual Research Report
  • 2021 Annual Research Report
  • 2020 Annual Research Report
  • Research Products

    (19 results)

All 2024 2023 2022 2021 2020 Other

All Journal Article (8 results) (of which Peer Reviewed: 5 results,  Open Access: 2 results) Presentation (8 results) (of which Invited: 2 results) Book (2 results) Remarks (1 results)

  • [Journal Article] (2024) 産地別トドマツ苗木の植栽適地を考える―適地適木の転換へ向けて―,2024

    • Author(s)
      石塚航・津山幾太郎
    • Journal Title

      北方森林研究

      Volume: 72 Pages: 5-9

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    • Author(s)
      石塚航
    • Journal Title

      森林技術

      Volume: 976 Pages: 8-11

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    • Author(s)
      Ishizuka Wataru、Kitamura Keiko、Hara Toshihiko、Goto Susumu
    • Journal Title

      Journal of Forest Research

      Volume: 27 Issue: 6 Pages: 476-482

    • DOI

      10.1080/13416979.2022.2081294

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    • Author(s)
      後藤 晋
    • Journal Title

      森林遺伝育種

      Volume: 11 Pages: 50-53

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    • Author(s)
      Ishizuka W., Kon H., Kita K., Kuromaru M., Goto S.
    • Journal Title

      Ecological Research

      Volume: Accepted Issue: 4 Pages: 720-732

    • DOI

      10.1111/1440-1703.12232

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    • Author(s)
      Goto Susumu、Mori Hideki、Uchiyama Kentaro、Ishizuka Wataru、Taneda Haruhiko、Kono Masaru、Kajiya-Kanegae Hiromi、Iwata Hiroyoshi
    • Journal Title

      Genes

      Volume: 12 Issue: 8 Pages: 1110-1110

    • DOI

      10.3390/genes12081110

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  • [Journal Article] 日本の森林樹木の地理的遺伝構造(31)トドマツ(マツ科モミ属)2021

    • Author(s)
      北村系子・石塚 航・後藤 晋
    • Journal Title

      森林遺伝育種

      Volume: 10 Pages: 44-48

    • NAID

      130007987549

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    • Author(s)
      Tsuyama, I., Ishizuka, W., Taneda, H., Kitamura, K., Goto, S.
    • Journal Title

      Forests

      Volume: 11 Issue: 10 Pages: 1058-1058

    • DOI

      10.3390/f11101058

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      種子田春彦・小笠真由美・矢崎健一・岩本宏次郎・宮沢良行・杉浦大輔・古舘旦陽・久本洋子・後藤晋
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      石塚航
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      石塚航・北村系子・中西敦史・津山幾太郎・種子田春彦・久本洋子・内山憲太郎・後藤晋
    • Organizer
      ,森林遺伝育種学会
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      北村系子・中西敦史・石塚航・後藤晋・津山幾太郎・種子田春彦・久本洋子・内山憲太郎
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  • [Presentation] 気候変動の時代における林木育種:今だからやれること、やるべきこと2021

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      後藤 晋:
    • Organizer
      第132回日本森林学会大会
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    • Invited
  • [Book] 第4章 各樹種の遺伝的多様性と地理的遺伝構造 7.トドマツ(マツ科モミ属)52-56.(日本における森林樹木の遺伝的多様性と地理的遺伝構造,戸丸信弘・内山憲太郎・玉木一郎・阪口翔太(編集),森林遺伝育種学会(監修))2022

    • Author(s)
      北村系子・石塚 航・後藤 晋
    • Publisher
      ミドリ印刷
    • ISBN
      9784944005321
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  • [Book] 樹木医学入門2021

    • Author(s)
      福田 健二
    • Total Pages
      210
    • Publisher
      朝倉書店
    • ISBN
      9784254470598
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  • [Remarks] 後藤晋web

    • URL

      http://www.gotos-web.sakura.ne.jp/

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Published: 2020-04-28   Modified: 2025-03-27  

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