つる植物はなぜ再び自立する高木に進化したのか？：島における樹木性進化の再検討

• 研究課題/領域番号: 22K06378
• 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45030:多様性生物学および分類学関連
• 研究機関: 沖縄工業高等専門学校
• 研究代表者: 渡邊 謙太 沖縄工業高等専門学校, 技術支援室, 技術専門職員 (50510111)
• 研究期間 (年度): 2022-04-01 – 2026-03-31
• 研究課題ステータス: 交付 (2023年度)
• 配分額: 4,290千円 (直接経費: 3,300千円、間接経費: 990千円); 2025年度: 650千円 (直接経費: 500千円、間接経費: 150千円); 2024年度: 910千円 (直接経費: 700千円、間接経費: 210千円); 2023年度: 1,170千円 (直接経費: 900千円、間接経費: 270千円); 2022年度: 1,560千円 (直接経費: 1,200千円、間接経費: 360千円)
• キーワード: つる性 / 島嶼生物学 / island syndrome / ハワイ諸島 / 樹木化 / island syndrome 島嶼シンドローム / insular woodiness 樹木化 / liana つる性植物 / Gynochthodes ハナガサノキ属 / island dioecism 雌雄異株性

研究開始時の研究の概要

つる植物が自立する高木へと進化した例はほとんど知られていない。しかし、ハワイ諸島の固有種アカネ科のGynochthodes trimera　が、つる性の同属としては異例の自立する高木（14 m）となることがわかってきた。本種は島という環境下で、つる性から高木へと進化した可能性がある。さらに、本種は両全性とされているが、実際には雌雄異株である可能性もわかってきた。
本研究では、島におけるつる性植物の高木への進化と雌雄異株化の解明を目的とする。
具体的には、G. trimera がハワイ諸島内において、つる性から自立性の高木に、両全性から雌雄異株に進化したとの仮説を検証し、その過程の解明を目指す。

研究実績の概要

つる植物が自立する高木へと進化した例はあまり多くは知られていない。しかし、ハワイ諸島の固有種アカネ科ハナガサノキ属のGynochthodes trimera　は、つる性の同属としては異例の自立する高木（14 m）となることに気がついた。本種は島という環境下で、つる性から高木へと進化した可能性がある。さらに、本種は両性花（両全性）とされているが、実際には雌雄異株（雄株＋雌株）である可能性もわかってきた。
本研究では、島におけるつる性植物の高木への進化と雌雄異株化の解明を目的とする。具体的には、G. trimera がハワイ諸島内において、つる性から自立性の高木に、両全性から雌雄異株に進化したとの仮説を検証し、その過程の解明を目指す。そのために、
1）G. trimera の自立した樹木としての実態、2）G. trimera の雌雄性、3）G. trimeraと近縁種を含めたハナガサノキ属全体の系統関係　の3点を明らかにし、G. trimera に見られる樹木性と雌雄性がいつどのような過程で進化したのかを検証する。
このうち、2年目である本年度は、研究者が台湾に派遣されていたためハワイに渡航できなかったこともあり、主に琉球列島と台湾に分布する近縁種であるハナガサノキのツルとしての特徴、並びに性表現の確認をおこなった。また、以前のフィールド調査で取得したハワイのG. trimera の生態的情報を整理し、解析した。さらに、一部のハワイのサンプル、さらには、ニューカレドニアに分布する近縁種の乾燥葉サンプルからDNAを抽出し、系統解析を進めている。またニューカレドニアの種については、実際に現地調査を実施し、現地の共同研究者から必要な追加情報を得ている。

現在までの達成度 (区分)

3: やや遅れている

理由

2年目である本年度は、研究代表者が台湾における在外研究にでていた影響によりハワイに渡航できなかったこともあり、主に琉球列島と台湾に分布する近縁種であるハナガサノキのツルとしての特徴、並びに性表現の確認をおこなった。また、以前のフィールド調査で取得したハワイのG. trimera の生態的情報を整理し、解析した。さらに、一部のハワイのサンプル、さらには、ニューカレドニアに分布する近縁種の乾燥葉サンプルからDNAを抽出し、系統解析を進めている。
しかし、ハワイ諸島における追加調査データの取得ができていないため、当初の予定よりは大幅に遅れている。

今後の研究の推進方策

次年度は、ハワイ諸島において、実際にG. trimeraの生態的調査を進める。次にニューカレドニア島の近縁種のDNAサンプリングと生育形状の確認を行う。さらに、DNAによる系統解析と祖先形質の推定を行う予定である。

研究成果

• [国際共同研究] Instituto de Productos Naturales/Institut Mediterrani d’Estaudis Avanats/University of La Laguna(スペイン)
• [国際共同研究] University of Coimbra(ポルトガル)
• [国際共同研究] University of Copenhagen, Copenhagen(デンマーク)
• [国際共同研究] Penn State University/Virginia Tech/University of Hawaii(米国)
• [国際共同研究] University of Auckland/University of Canterbury(ニュージーランド)
• [国際共同研究]
• [雑誌論文] A Review on the State of the Art in Frugivory and Seed Dispersal on Islands and the Implications of Global Change (2024)
  • 著者名/発表者名: Nogales Manuel、McConkey Kim R.、Carlo Tom?s A.、Wotton Debra M.、Bellingham Peter J.、Traveset Anna、Gonz?lez-Castro Aar?n、Heleno Ruben、Watanabe Kenta、Ando Haruko、Rogers Haldre、Heinen Julia H.、Drake Donald R.
  • 雑誌名: The Botanical Review 巻: non 号: 2 ページ: 1-26
  • DOI: 10.1007/s12229-023-09296-8
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Fecal DNA analysis coupled with the sighting records re-expanded a known distribution of dugongs in Ryukyu Islands after half a century (2024)
  • 著者名/発表者名: Ozawa Hiroyuki、Yoshihama Takahiro、Gishitomi Shogo、Watanabe Natsuki、Ichikawa Kotaro、Sato Keiichi、Watanabe Kenta、Takano Katsuhiko、Ochiai Yosuke、Yamanaka Hiroki、Maruyama Atsushi
  • 雑誌名: Scientific Reports 巻: 14-7957 号: 1 ページ: 1-8
  • DOI: 10.1038/s41598-024-58674-8
  • 査読あり / オープンアクセス
• [学会発表] 日本から発信する島嶼生物学5－dispersal ecologyー（自由集会W10） (2024)
  • 著者名/発表者名: 安藤温子,渡邊謙太, 阿部晴恵, 水澤玲子, 平岩将良
  • 学会等名: 日本生態学会（第71回大会）
• [学会発表] 古くて新しい島の生物学．動植物の織りなす物語を読み解く (2023)
  • 著者名/発表者名: 渡邊謙太,平岩将良,水澤玲子, 阿部晴恵, 安藤温子, 丑丸敦史
  • 学会等名: 和文誌シンポジウム 種生物学会（第55回大会）
• [学会発表] Heterostyly in the Japanese islands (2023)
  • 著者名/発表者名: Kenta Watanabe
  • 学会等名: Island Biology 2023, Ecological and Evolutionary Processes on Real and Habitat Islands, Lipari, Italy
  • 国際学会
• [学会発表] Introductions outweigh extinctions in shifting seed dispersal potential across 111 island plant-frugivore communities worldwide (2023)
  • 著者名/発表者名: J.H. Heinen, D.R. Drake, K. McConkey, J.P. Hume, S. Albert, H. Ando, C. Aslan, C. Baider, P. Bellingham, S.B. Case, C.G.,Chimera, F.B.V. Florens, E. Fricke, A.M. Gawel, A. Gonzalez-Castro, R. Heleno, S. Hervias-Parejo, A. Hruska, C.T. Imada,M. Nogales, H. Rogers, B. Rumeu, K. Watanabe,et al.
  • 学会等名: Island Biology 2023, Ecological and Evolutionary Processes on Real and Habitat Islands, Lipari, Italy
  • 国際学会
• [学会発表] Multi-species phylogeography and genetic diversity of flora in the Ryukyu Islands, Japan (2023)
  • 著者名/発表者名: Y. Suyama, M. Motomiya, D. Takahashi, S. Tagane, A. Naiki, K. Watanabe
  • 学会等名: Island Biology 2023, Ecological and Evolutionary Processes on Real and Habitat Islands, Lipari, Italy
  • 国際学会
• [学会発表] Professor Ohashi and his significant contributions to plant taxonomy in Taiwan (2023)
  • 著者名/発表者名: Yuan-Hao Chen, Kenta Watanabe and Aleck Yang
  • 学会等名: International Symposium on Plant Diversity and Climate Change & 2023 Annual Meeting of Taiwan Society of Plant Systematics
  • 国際学会
• [学会発表] Animals shape flowers on islands (2023)
  • 著者名/発表者名: Kenta Watanabe
  • 学会等名: Symposium: Biotic interactions and agroecology
  • 国際学会
• [学会発表] 日本の島嶼における植物の自殖と他殖．日本から発信する島嶼生物学4－island syndrome（植物編）－ (2023)
  • 著者名/発表者名: 渡邊謙太，水澤玲子
  • 学会等名: 日本生態学会（第70回大会）（自由集会W01）
• [学会発表] 日本から発信する島嶼生物学4－island syndrome（植物編）－ (2023)
  • 著者名/発表者名: 平岩将良, 渡邊謙太, 水澤玲子, 阿部晴恵, 安藤温子, 丑丸敦史
  • 学会等名: 日本生態学会（第70回大会）（自由集会W01）
• [学会発表] 琉球列島におけるシラタマカズラの遺伝的集団構造の解明 (2022)
  • 著者名/発表者名: 儀武滉大，渡邊謙太，Chien-Fan Chen，井口 亮
  • 学会等名: 沖縄生物学会（第59回大会）
• [学会発表] 琉球列島産ボチョウジ属近縁2種の土壌適応と遺伝子発現パターン (2022)
  • 著者名/発表者名: 儀武滉大, 渡邊謙太, 井口亮
  • 学会等名: 種生物学会
• [学会発表] Frugivory can be explained by latitude and island size (2022)
  • 著者名/発表者名: Mauro Galetti, Fernando Cesar Goncalves Bonfim, Seokmin Kim, Fabio Tarazona, Jaqueline Ballantyne, Las Rodrigues, Sofany Montoya, Jefferson Bugoni, Juliana Cordeiro, Bo Dalsgaard, Max Vollsadt, Fernando Goncalves, Hannah Madden, Kenta Watanabe, Haruko Ando
  • 学会等名: the Birds of Caribbean Conference, Trinidado
  • 国際学会