種内の遺伝的変異の考慮による気候変動影響予測の改良

• 研究課題/領域番号: 21K05643
• 研究種目: 基盤研究(C)
• 配分区分: 基金
• 応募区分: 一般
• 審査区分: 小区分39060:生物資源保全学関連
• 研究機関: 国立研究開発法人国立環境研究所
• 研究代表者: 石濱 史子 国立研究開発法人国立環境研究所, 生物多様性領域, 主幹研究員 (80414358)
• 研究分担者: 岩崎 貴也 お茶の水女子大学, 基幹研究院, 講師 (10636179) ; 戸丸 信弘 名古屋大学, 生命農学研究科, 教授 (50241774) ; 竹内 やよい 国立研究開発法人国立環境研究所, 生物多様性領域, 主任研究員 (50710886)
• 研究期間 (年度): 2021-04-01 – 2024-03-31
• 研究課題ステータス: 完了 (2023年度)
• 配分額: 4,160千円 (直接経費: 3,200千円、間接経費: 960千円); 2023年度: 390千円 (直接経費: 300千円、間接経費: 90千円); 2022年度: 1,820千円 (直接経費: 1,400千円、間接経費: 420千円); 2021年度: 1,950千円 (直接経費: 1,500千円、間接経費: 450千円)
• キーワード: 遺伝構造 / 種内変異 / 分布推定 / 気候変動 / 遺伝的変異 / 分布推定モデル

研究開始時の研究の概要

本研究では、気候変動影響予測の改善を目的として、種内の遺伝変異を考慮する予測モデルを構築する。適応的一塩基変異、目視可能な表現形質、中立変異の3つのレベルの種内変異の情報を収集した上で、これらを考慮した布推定モデルを構築し、推定結果や精度を比較することで、各レベルの変異に基づくモデルの特徴を明らかにするとともに、気候変動影響予測の改善に有用なレベルを明らかにする。構築した改良モデルにより気候変動影響予測を行い、種内変異を考慮しない予測との比較により、種内変異が気候変動への応答にどのように寄与するかを評価する。

研究実績の概要

本研究では、気候変動影響予測の改善を目的として、種内の遺伝変異を考慮する予測モデルを構築する。適応的一塩基変異(SNP)、目視可能な表現形質、中立変異の3つのレベルの種内変異の地理的分布情報を収集し、これらを考慮した分布推定モデルについて、モデルの構造、推定結果や精度を比較することで、各レベルの変異に基づくモデルの特徴を明らかにし、気候変動影響予測の改善に有用なレベルを特定する。今年度はこれまでに集収したデータに基づく分析・モデル構造の改善を実施した。中立変異に関するデータを用いたモデル構築について、遺伝タイプの数が多い場合に適用可能な手法の開発を行った。昨年度開発した、遺伝タイプの分布情報と、遺伝タイプの情報がない種レベルの分布情報を組み合わせるモデルは、分析可能なタイプ数が2タイプまでであるという課題があった。また、タイプ間の遺伝的違いの程度も考慮できない。そこで、既存の多種の同時分布推定モデルを応用し、遺伝タイプ間の遺伝距離を環境応答の類似性として導入し、多数の遺伝タイプについて同時に分布推定を行うモデルを構築した。この手法は、種・亜種・品種など異なるレベルの関係にある分類群でも、遺伝距離の情報があれば同時分析が可能であり、遺伝タイプごとの分布情報が一般に少ないという情報量の制約も緩和できる。表現形質ついては、集収したデータの分析の結果、特にブナの葉の形態について、緯度経度勾配が明瞭であったものの、連続的でタイプ分けが困難であり、気候変動影響予測モデルに直接的に用いるのではなく、適応的SNPの特定等での活用を通じて予測改善に繋げるのが適切と考えられた。SNPについては、タマアジサイにおいて、STRUCTUREによるクラスタリング解析で検出された本州と島嶼部の遺伝的違いを考慮した、独立なモデルを構築し、過去の気候の変化に応じた分布変化をより妥当に推定できることを示した。