近交弱勢と繁殖形質の集団内変異：その維持要因と進化的意義

研究課題

研究課題/領域番号	23K23959
補助金の研究課題番号	22H02696 (2022-2023)
研究種目	基盤研究(B)
配分区分	基金 (2024) 補助金 (2022-2023)
応募区分	一般
審査区分	小区分45040:生態学および環境学関連
研究機関	東北大学
研究代表者	酒井聡樹東北大学, 生命科学研究科, 准教授 (90272004)
研究分担者	牧雅之東北大学, 学術資源研究公開センター, 教授 (60263985)
研究期間 (年度)	2022-04-01 – 2025-03-31
研究課題ステータス	交付 (2024年度)
配分額 *注記	17,290千円 (直接経費: 13,300千円、間接経費: 3,990千円) 2024年度: 5,590千円 (直接経費: 4,300千円、間接経費: 1,290千円) 2023年度: 5,590千円 (直接経費: 4,300千円、間接経費: 1,290千円) 2022年度: 6,110千円 (直接経費: 4,700千円、間接経費: 1,410千円)
キーワード	植物繁殖 / 繁殖 / 近郊弱視絵 / 自殖率 / 形質の多様性 / 自家和合性 / 近交弱勢
研究開始時の研究の概要	植物の繁殖戦略は実に多様である。新たな性質が進化するためには、集団内に遺伝的変異が維持されていることが重要である。こうした変異が、どのような機構の下で維持されるのであろうか?本研究では、近交弱勢の大きさに集団内変異が維持され、それが、他の繁殖形質の遺伝的変異の維持ももたらしているという仮説を提唱しその検証を行う。本研究により、植物の繁殖戦略の多様性を生み出す基盤機構の解明を試みる。
研究実績の概要	自殖率と近交弱勢はお互いに強く影響し合う形質である。理論的には、自殖率が高いほど近交弱勢が排除されやすく、完全自殖で低い近交弱勢か、完全他殖で高い近交弱勢が進化すると予測されている。しかしながら実際の植物では、近交弱勢の大きさと自殖率の関係はほぼ無相関であり、自殖率が高いのに近交弱勢も高いという植物が多数存在する。中間的な自殖率を示す植物種も多く、完全他殖または完全自殖のどちらかが有利であるというする古典的な予測と相反する。本研究では、自殖率が高くても近交弱勢が排除されない要因として早期発現遺伝子と後期発現遺伝子の相互作用仮説を提唱した。早期発現遺伝子と後期発現遺伝子が相互作用することにより、両方の遺伝子で有害遺伝子が維持されるという仮説である。このモデルでは、ある固定された自殖率の下で近交弱勢がどのように変化するのかを解析している。近交弱勢のみが進化して自殖率は進化しないという仮定である。さらには、両者が進化するとどうなるのに発展させた。やはり、自殖率と近交弱勢がともに高い状態が進化するのであろうか? 本研究では、自殖率と近交弱勢が共に進化する場合のシミュレーション解析を行った。その結果、これまでと同様に、自殖率が高いほど近交弱勢が排除されやすく、完全自殖で低い近交弱勢か、完全他殖で高い近交弱勢が進化すると予測された。このように、自殖率の進化は、重要な影響を持ちうるものであった。
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自殖率と近交弱勢はお互いに強く影響し合う形質である。理論的には、自殖率が高いほど近交弱勢が排除されやすく、完全自殖で低い近交弱勢か、完全他殖で高い近交弱勢が進化すると予測されている。しかしながら実際の植物では、近交弱勢の大きさと自殖率の関係はほぼ無相関であり、自殖率が高いのに近交弱勢も高いという植物が多数存在する。中間的な自殖率を示す植物種も多く、完全他殖または完全自殖のどちらかが有利であるというする古典的な予測と相反する。本研究では、自殖率が高くても近交弱勢が排除されない要因として早期発現遺伝子と後期発現遺伝子の相互作用仮説を提唱した。早期発現遺伝子と後期発現遺伝子が相互作用することにより、両方の遺伝子で有害遺伝子が維持されるという仮説である。このモデルでは、ある固定された自殖率の下で近交弱勢がどのように変化するのかを解析している。近交弱勢のみが進化して自殖率は進化しないという仮定である。さらには、両者が進化するとどうなるのに発展させた。
今後の研究の推進方策	引き続き、数理モデルによるシミュレーション解析を行う。どのような条件下で高い近交弱勢が維持されるのかを解析していく。