水田雑草の遺伝的多様性は過小評価されているか？史前帰化説再考への植物地理研究

研究課題

研究課題/領域番号	22K05694
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	秋田県立大学
研究代表者	保田謙太郎秋田県立大学, アグリイノベーション教育研究センター, 准教授 (00549032)
研究分担者	中山祐一郎大阪公立大学, 大学院現代システム科学研究科, 教授 (50322368)
研究期間 (年度)	2022-04-01 – 2025-03-31
研究課題ステータス	交付 (2023年度)
配分額 *注記	4,160千円 (直接経費: 3,200千円、間接経費: 960千円) 2024年度: 1,430千円 (直接経費: 1,100千円、間接経費: 330千円) 2023年度: 1,430千円 (直接経費: 1,100千円、間接経費: 330千円) 2022年度: 1,300千円 (直接経費: 1,000千円、間接経費: 300千円)
キーワード	水田雑草 / 地理的変異 / 史前帰化植物 / 東北、近畿、九州地方 / DNAバーコーディング / 遺伝的多様性
研究開始時の研究の概要	日本の水田雑草の多くは、中国大陸に由来する史前帰化植物であと考えられてきた。一方、研究代表者らは、史前帰化植物であるとされている種であっても、実際には日本に自生する野生種からの雑草化と史前帰化の両方に起源したとする多重起源説を提案した。本研究では、①水田雑草6種の種子を収集し、②それら材料の種鑑定をメタバーコーディング法や染色体分析で行う。③鑑定済みの材料を用いて、MIG-seq分析を行い、種内での遺伝的分化や地理的構造を評価する。④得られた結果から水田雑草の多重起源説を検証する。
研究実績の概要	日本の水田雑草の多くは、約2600年前の稲作の渡来に付随して日本列島に侵入した史前帰化植物であり、日本に自生していた野生種からの雑草化はわずかであると考えられてきた。また、水田雑草の遺伝的多様性は低いと考えられてきた。その理由は日本列島への侵入時の瓶首効果による遺伝的浮動、日本列島北進時の遺伝的浮動、帰化からわずか2600年しか経過していないためである。一方、研究代表者らは、史前帰化植物であるとされている種であっても、実際には日本に自生する野生種からの雑草化と史前帰化の両方に起源したとする多重起源説を提案した。この多重起源説については、日本国内の水田雑草の地理的変異や遺伝的多様性を調べれば、検証できると考えられる。本研究では、史前帰化植物と考えられてきた複数の水田雑草を東北地方、近畿地方、九州地方から収集する。それらについて形態やDNAバーコーディング法を用いた種鑑定、染色体数の調査を行い、近縁種や倍数性の違うタイプの混入をチェックする。鑑定済みの材料を対象としたMIG-Seq法とSTRUCTURE 解析による地理的変異の分析によって多重起源説を検証する。 2023年度は、東北地方では福島県、宮城県、岩手県、青森県で、近畿地方では兵庫県、京都府、和歌山県で、九州地方では鹿児島県、宮崎県で水田雑草（イヌホタルイ、イボクサ、コナギ、クサネム、オモダカなど）を収集し、種子を保存した。収集した個体については、種の同定ミスがないかを、DNAバーコーディング法と形態的特徴から調査した。また、それら個体について標本を作成し、保存した。
現在までの達成度 (区分)	現在までの達成度 (区分) 2: おおむね順調に進展している理由 2023年には予定としていた東北地方、近畿地方、九州地方で複数の水田雑草の種子を集めることがきた。また、九州および近畿地方の平場ではスクミリンゴガイの食害によって水田雑草を見つけることが難しいこともあったが、標高の高い地点では食害も少なく、目的とする水田雑草を収集できた。このように九州地方では水田雑草の収集にやや苦労したが、予定どおりに材料を収集でき、また、種の勘定や標本作製が進んでおり、（2）おおむね順調に進展していると判断した。
今後の研究の推進方策	2022年度と2023年度に収集した植物を栽培し、DNAを抽出する。次世代シークエンサーを用いたMIG-seq分析によってDNA変異を解析する。得られたデータを用いて、STRUCTURE 解析を行い、種内での遺伝的分化や地理的構造を評価する。研究結果をもとに、水田雑草の多重起源説を検証する。得られた成果については、日本雑草学会の英文誌に論文として発表する。