| Project/Area Number |
24H00507
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| Research Category |
Grant-in-Aid for Scientific Research (A)
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| Allocation Type | Single-year Grants |
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| Section | 一般 |
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| Review Section |
Medium-sized Section 39:Agricultural and environmental biology and related fields
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| Research Institution | Hokkaido University |
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Principal Investigator |
内海 俊介 北海道大学, 地球環境科学研究院, 教授 (10642019)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
門脇 浩明 京都大学, 白眉センター, 特定准教授 (30643548)
片山 昇 小樽商科大学, 商学部, 教授 (30646857)
山尾 僚 京都大学, 生態学研究センター, 教授 (50727691)
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) |
2024-04-01 – 2028-03-31
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| Project Status |
Granted (Fiscal Year 2025)
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| Budget Amount *help |
¥48,230,000 (Direct Cost: ¥37,100,000、Indirect Cost: ¥11,130,000)
Fiscal Year 2026: ¥10,790,000 (Direct Cost: ¥8,300,000、Indirect Cost: ¥2,490,000)
Fiscal Year 2025: ¥9,880,000 (Direct Cost: ¥7,600,000、Indirect Cost: ¥2,280,000)
Fiscal Year 2024: ¥17,940,000 (Direct Cost: ¥13,800,000、Indirect Cost: ¥4,140,000)
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| Keywords | 都市進化 / 植物ー土壌フィードバック / メタゲノム / 機能形質 / 生態系機能 / 遺伝的変異 / 生態－進化動態 / 収斂進化 |
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| Outline of Research at the Start |
近年，都市化が生物の迅速な進化に影響して形質を改変する都市進化現象が注目される。しかし，都市進化が都市生態系や人間社会・生活に与える影響については理解が進んでいない。世界中で同じ進化応答が複数種で平行的に起き，それが生態系機能に作用するならば，都市進化は都市生態系や人間生活に甚大な影響を与えうる。実際に，地球規模で植物の防衛形質喪失という都市進化が生じており，これは複数の植物種でも平行的に起きていると予測される。さらにそれは土壌に放出される物質成分や土壌微生物相を改変しうる特性を持つ。本提案は，この一連の過程について実態を解明する。
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| Outline of Annual Research Achievements |
植物の複数種の収斂的な形質応答: アカツメクサ・ブタナ・セイヨウタンポポ・オオバコ・ヘラオオバコの5種を対象とし、5種×6個体×30地点（15都市部、15郊外部）で採集し、811個体についてデータを得た。LDMC、SLA、ＣＮ比などの地上部の機能形質と地下部の機能形質について測定を行った。その結果、いずれの種においても共通して都市部では、LAやＬＤＭＣが有意に小さくなっていることが分かった。さらに、一般に負の相関関係にあるSLAとＬＤＭＣの間の回帰係数が5種共通の方向へ変化していることがわかり、都市環境に対する収斂的な形質応答があることが分かった。いずれも表現型の応答であるため、遺伝形質解析に供するため、都市・郊外の合計30地点から上記5種を含む32種の草本植物の種子を収集した。また、セイヨウタンポポの乳液もこれらの地点から収集した。
土壌細菌群集: 土壌細菌に対する植物の都市進化の影響を明らかにするため、札幌、旭川の都市・郊外合計60地点において、土壌サンプラーを用いた土壌採集を行った。シロツメクサ直下部、同じ地点における裸地部からサンプリングを行った。そしてRNA抽出を行った。今後、RNA-seqを実施予定であるが、今年度は16S rRNAを対象にメタバーコーディングを行った。その結果、都市部では郊外部よりもASV数が増える一方で組成については非常に均質性が高く、郊外ではベータ多様性が圧倒的に大きいことが分かった。この傾向はシロツメ直下と裸地の間で共通する性質であった。さらに、郊外部になるとシロツメ直下と裸地での細菌叢の大きな違いがある、という傾向も分かった。土壌の無機態窒素も測定し、環境との対応関係も分析している。
郊外の天然性森林での調査: こうした都市化の対照系として、郊外の天然性森林における土壌も採取した。土壌の化学特性や細菌組成について、現在在解析中である。
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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
当初計画していた通りに調査と分析が進行している。
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| Strategy for Future Research Activity |
・24年度に収集した種子を用いて、圃場実験を行い、機能形質の測定を行う。そして、都市部・郊外部における多様な植物種の収斂的な進化応答という仮説を検証する。
・24年度に収集したセイヨウタンポポの乳液をLC-MS解析に供する。化学防衛についての応答を明らかにする。
・24年度に収集した都市と郊外の土壌について、RNA抽出を完成させ、RNA-seqを行い、機能遺伝子群レベルでの応答を解析する。さらに、植物の都市適応が土壌微生叢に与える影響を実験的に解明するため、都市適応タイプのシロツメクサ（シアン配糖体生成遺伝子を喪失、HCN生成機能を喪失）と郊外適応タイプのシロツメクサをポットで育成し、土壌マイクロバイオームを調べる。また、この土壌を用いて、外来植物種子の播種を行い、その発芽と成長のパフォーマンスを調べ、外来植物の定着へのフィードバックも検証していく。
・植物群落の機能形質解析と土壌サンプリングについて、分担者の協力のもと調査地点をさらに増やし、一般性について検討していく。
・花蜜菌叢への波及効果も明らかにするため、花蜜菌叢のサンプリングを進めていく。こちらについては海外共同研究者の協力のもと進めていく。
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