渓流沿い植物における狭葉化の適応的意義と遺伝的背景

山涧植物叶片变窄的适应性意义及遗传背景

基本信息

批准号：
09740638
负责人：
村上哲明
金额：
$ 1.54万
依托单位：
Kyoto University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Encouragement of Young Scientists (A)
财政年份：
1997
资助国家：
日本
起止时间：
1997 至 1998
项目状态：
已结题

项目摘要

渓流沿い植物とは、降雨に伴う川の増水によって周期的に水没する渓流帯にのみ生える特殊環境植物のことである。これらの植物は幅の狭い流線型の葉(狭葉)など独特の形態を備えることによって急流の抵抗に耐えている。渓流沿い植物はサボテン科のように特殊環境に適応した一つの祖先種がたくさんの種に分化したのではなく、様々な植物種から独立に何回も進化したことになる。このことは、同じ選択圧下における独立の適応進化過程を複数取り上げることを可能とする。申請者は、鹿児島県屋久島に自生する渓流沿い植物種:ヤクシマダイモンジソウを材料として同種内の林下型(広葉型)との交配実験、生態調査などを行ってきた。その結果、ヤクシマダイモンジソウでは狭葉がたった一つの優性遺伝子によって支配されているらしい(F2世代でl:1や3:1の様な単純な割合に分離する)ことを突き止めた。また、ヤクシマダイモンジソウでは、狭葉と広葉の集団内多型が渓流沿いで見られるが、台風などによる大規模な増水の後には広葉の方が狭葉よりも大きな被害(葉がちぎれるなど)を受けていることも観察した。本年度は、屋久島においてヤクシマダイモンジソウの狭葉型と広葉型の共存する集団を個体識別した上で継続的に観察し、狭葉をもつ個体の生存力と繁殖力を広葉をもつ個体のそれと比較することによって、狭葉を支配する遺伝子をもった個体の適応度を定量的に推定することを試みてきた。これまでの調査データを整理し、とくに増水による葉の損失率、死亡率等を狭葉型と広葉型で比較した結果、増水を経験した個体では、狭葉型の適応度は広葉型の5-7倍になることが分かった。増水を経験していない個体群では、逆に広葉型の適応度の方が狭葉型の3倍程になる。あわせて狭葉化の遺伝子を特定するために,AFLP遺伝マーカーの開発を行った。今後、F2個体を使って狭葉化遺伝子のQTL解析を行う予定である。

溪边植物是一种特殊的环境植物，仅生长在山间溪流地区，这些地区因降雨而周期性地被河流上涨的水位淹没。这些植物通过具有独特的形态（例如狭窄的流线型叶子（窄叶））来承受冲水的阻力。山涧沿岸的植物并没有像仙人掌科那样，从一种适应特殊环境的祖先物种分化出多种物种，而是从多种植物物种中多次独立进化而来。这使我们能够在相同的选择压力下解决多个独立的适应性进化过程。申请人使用在鹿儿岛县屋久岛自然生长的山间溪流中发现的植物“屋久岛大门”，进行了同种森林型（阔叶型）的杂交实验以及生态调查。结果，他们发现屋久岛大门二庄（F2 代中以简单比例分离，例如 1:1 或 3:1）中窄叶似乎仅由一个显性基因控制。此外，在屋久岛大门寺庄，沿着山间溪流可以看到窄叶和宽叶之间的群体内多态性，但台风导致水量大幅增加后，宽叶比窄叶受到的损害（例如叶子撕裂）更多。我也观察了发生的事情。今年，我们将继续对屋久岛上窄叶型和阔叶型共存的屋久岛大文字庄种群进行识别和持续观察，并比较窄叶个体和阔叶个体的生存和繁殖能力。定量估计具有控制窄叶基因的个体的适应性。通过整理迄今为止的研究数据，比较窄叶型和阔叶型之间因水分增加而导致的叶片损失率和死亡率，我们发现，在经历过水分增加的个体中，窄叶型比阔叶型高5%——事实证明增加了7倍。相反，在没有经历过洪水的人群中，阔叶类型的适合度大约是窄叶类型的三倍。同时，我们开发了 AFLP 遗传标记来识别导致小叶变窄的基因。未来，我们计划利用F2个体对窄化基因进行QTL分析。