【研究領域課題番号】20H03021 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

標高勾配 / 分布上限 / 遺伝子発現 / ジーンフロー / 適応的遺伝子 / 適応的遺伝変異 / 種分布モデル / 中心辺境仮説 / 遺伝子流動 / 標高 / 繁殖個体密度 / トドマツ / UAV / 人工交配 / エコタイプ / 中心辺縁仮説

【研究成果の概要】

・十勝岳山麓の標高600m、900m、1200mの3標高域において、ドローンで撮影した樹冠画像を用いてトドマツの個体位置を特定し、それぞれから繁殖している可能性のある個体（成木）をサンプリングした。2011年豊作年に採種した個体のUAV樹冠図と個体サイズの関係から、繁殖を開始する個体の樹冠面積が10平方メートル程度であることを明らかにした。各標高域でサンプリングを行う際に繁殖の有無を調査し、標高によって繁殖開始サイズが異なるかどうかを検討した結果、1200mの高標高域では、樹冠が小さい個体でも繁殖していることが示された。
・採取した成木集団のサンプルと苗畑で育成中の各標高域に由来する実生集団のサンプルからDNAを抽出し、8座のジェノミックSSRマーカーでタイピングし、成木集団と実生集団の遺伝子組成を比較した。標高別母樹の花粉プールの遺伝的異質性について解析した結果、1200m集団の花粉プールは600m集団や900m集団のそれとは明らかに異なる組成であることが判明した。また、900mの実生集団の一部に1200m集団と同じ遺伝クラスタ―が混入しており、中心辺境仮説とは逆の遺伝子流動が生じている可能性が示唆された。
・高標高×低標高の分離集団を用いて生理形態形質に関してQTL解析を行い、9つの生理形態形質について有意なQTLを検出した。また、前述した十勝岳の3標高域において24個体の成木サンプルからRNAを抽出し、遺伝子発現解析を行った結果、47,238の遺伝子座のうち413座がアウトライアーとして検出された。
・高標高と低標高の人工交配家系を用いて針葉・枝の形態学的特性について調査した結果、高標高と低標高の交配家系では多くの場合、中間型の形質を示すことが明らかになった。これらの形質に関して、ゲノムワイド関連解析を行った結果、多くの形態形質と関連する遺伝変異が検出された。

【研究種目】基盤研究(B)

【研究期間】2020-04-01 - 2023-03-31

【配分額】17,680千円 (直接経費: 13,600千円、間接経費: 4,080千円)

【研究分野】森林科学

【研究領域課題番号】16H02554 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

トドマツ / SNP / 局所適応 / 産地選択 / 多変量ランダムフォーレスト / 地理的遺伝変異 / 適応的遺伝子 / QTL / 種分布モデル / 連鎖解析 / GWAS / クライン / 形態生理 / 集団遺伝 / SNPアレイ / 積雪環境 / カロチノイド / 植栽適地モデル / ランダムフォーレスト / 成長予測 / ベイジアンラッソ回帰 / 光合成特性 / EST-SNP / EST-SSR / 北方針葉樹 / アソシエーション解析 / 遺伝子発現 / 生理形態 / 植栽適地 / 光合成 / SNPマーカー / 標高適応 / 南限集団 / 縦横比 / PAM / QTL解析 / 分布予測モデル / 相互移植試験 / ゲノムワイドSNP解析 / 生理形質 / 形態形質 / ddRAD / 天然集団 / トランスクリプトーム / データベース / 将来気候予測 / DNAチップ

【研究成果の概要】

トドマツ産地試験林の形態・生理解析から、適応に関与する機能形質を解明した。分離集団を用いて機能形質のQTLを解明し、樹冠発達にかかわる遺伝子としてAタイプARRのタンパクが候補として挙げられた。トドマツ相互移植試験地の表現型データとSNPデータに基づくアソシエーション解析から、生残・成長・繁殖等の適応形質に関連する候補SNPを検出した。北海道全域の天然林を対象に、集団遺伝解析を行い、気象因子が遺伝構造に及ぼす影響を明らかにした。さらに、産地試験地と気象データを統合し、北海道全域における最適産地を選べるモデルを構築できた。

【研究の社会的意義】

トドマツでは相互移植試験の結果から局所適応していることが示唆されており、環境適応に関与するゲノム研究のモデルとして最適である。本研究では、トドマツの相互移植試験地のアソシエーション解析から適応形質に関連する候補SNPを検出することができた。また、種分布モデルと産地試験データを融合させて、気候に適合する産地選択を行えるようになった。北海道では現在、地域別の採種園が造成されているが、本研究の成果をもとに、人為的な適応的遺伝子の移動を介して、各地域のトドマツ林を将来にわたり健全で生産性の高いゲノム組成を持つ森林へと改良することで、気候変動の影響緩和に貢献することが期待される。

【研究種目】基盤研究(A)

【研究期間】2016-04-01 - 2020-03-31

【配分額】39,520千円 (直接経費: 30,400千円、間接経費: 9,120千円)