74 Jpn. J. Phycol. (Sôrui) 61: 74-80, July 10, 2013
藻類
日本藻類学会 論文賞 受賞記念

異なる塩濃度環境に生育するシオグサ類の遺伝的多様度と分布パターンの比較
丹羽一夫 1・早川雄一郎 1・神谷充伸 2*12

福井県立大学・生物資源学研究科（〒 917–0003 福井県小浜市学園町 1–1）

福井県立大学・海洋生物資源学部（〒 917–0003 福井県小浜市学園町 1–1）

Kazuo Niwa1, Yu-ichiro Hayakawa1 and Mitsunobu Kamiya2*: Comparison of genetic variation and distribution pattern among Cladophora
species growing different salinity regimes. Jpn. J. Phycol. (Sôrui) 61: 74-80, July 10, 2013
Because there seems to be less geographic barrier in marine habitats than in freshwater environments, this difference is expected to affect thedispersal range and the degree of gene flow and diversity in aquatic organisms. In order to verify this hypothesis, we analyzed intraspecificgenetic variations of three species of Cladophora collected from marine, brackish and freshwater habitats. In C. opaca, 13 ribotypes(ribosomal haplotypes) and five heterozygous sequences were detected from marine and brackish regions: only one ribotype was widelydistributed from Hokkaido to the western part of Honshu, whereas all the other ribotypes were endemic to the local areas. In contrast,nine ribotypes and six heterozygous sequences were found in C. albida collected from marine and brackish habitats, four of which were
distributed broadly. Because C. albida grows on various substrates including macroalgae and appears for a wider range of seasons than C.
opaca, this ecological property may have contributed to its long-distance dispersal and intrapopulational genetic exchange. C. glomerata
growing in brackish and freshwater environments indicated more diverse and complicated genetic structures than the above marine species:a total of 15 ribotypes and seven heterozygous sequences were detected and many ribotypes showed a wide range of distribution regardlessof habitats. These ribotypes were phylogenetically divided into four clades: there were no heterozygous ribotypes in the two clades, whereas
all ribotypes were heterozygous in the other two clades. Because of no haploidic ribotype, the entities belonging to the latter two clades
may not perform meiosis and reproduce by apomixis. Despite of the close relationship, the genetic diversity and dispersal range obviously
differed among the three Cladophora species, and this may have resulted from the differentiation of ecological and reproductive properties.
Key Index Words: apomixis, biogeography, brackish water, heterozygote, internal transcribed spacer
1

Graduate School of Bioscience and Biotechnology, Fukui Prefectural University, 1–1 Gakuen-cho, Obama, Fukui, 917–0003 Japan
Faculty of Marine Bioscience, Fukui Prefectural University, 1–1 Gakuen-cho, Obama, Fukui, 917–0003 Japan*Author for correspondence: mkamiya@fpu.ac.jp

2

緒言

んでいるのではないかと予想されるが，一般的には遺伝的世代（遊走子，プランクトン幼生など）をもつ生物は，物理向が見られる。例えば，淡水紅藻のタニウシケノリ Bangia

海に生育する多くの生物，特に長距離分散に適した胞子や多様度が低く同じ遺伝子型の個体が広域に分布している傾（Briggs 1994）。ところが近年，遺伝情報をもとにした系統学

atropurpurea (Mertens ex Roth) C. Agardh では，アメリカ五大湖とヨーロッパの集団間では葉緑体 rbcL 遺伝子の配列にほとんど違いがみられない（Müller et al. 2003）。また，淡水緑藻のマリモ Aegagropila linnaei Kützing では，リボソーム
ITS 領域の配列が全く同一の個体が日本，ヨーロッパ，アメ。はたして開放系
リカに生育している（Boedeker et al. 2010）

ると，海産生物は予想以上に遺伝的に多様であることが分かっる生物の集団構造や遺伝的交流にどのような影響を及ぼして的な障壁が少ないことから，一般に分布域が広く，個々の集
団サイズも大きく，かなりの頻度で集団間の遺伝的交流が起きていると考えられている（Palumbi 1994）。これが異所的種

分化の大きな妨げとなっており，実際に海の生物の多様性は陸上のそれと比較して，わずか 2% にも満たないといわれる的解析や集団遺伝学的解析が盛んに行われるようになってくてきた。例えば，
ナミノハナ属は現在 7 種が記載されているが，Payo et al. (2013) がフィリピン沿岸 25 箇所から採集した 265
個体のナミノハナ類について，EF2，rbcL，cox2-3 領域を用
いて分子系統解析をしたところ，実に 21 種の隠蔽種が認識されるほど遺伝的に分化していることが明らかになっている。

一方で，河川や湖沼などに代表される淡水環境は海洋環
境と比べると閉鎖性が高いため，たとえ近傍であっても集団間の遺伝的な交流は困難で，集団ごとに遺伝的な分化が進の沿岸環境と閉鎖系の陸水環境という違いが，そこに生育すいるのだろうか。
我々は，海水湖・汽水湖・淡水湖で構成されている福井県の三方五湖において，大型藻類の調査を続けてきた。三方五湖全域に広く分布するシオグサ属藻類について 1 年間かけて調査を行ったところ，リボソーム ITS 領域の解析によって合計 12 のリボタイプ（リボソームのハプロタイプ）が検出され，

6 種のシオグサ属藻類が同定された（Hayakawa et al. 2012）。
この 6 種は系統的に近縁であるにも関わらず，種によって遺75

シオグサ類の遺伝的多様度と分布パターン

Table 1. Information about Cladophora species analyzed in this study.
Collecting site

Miho Bay, Shimane
Nakaumi, Shimane
Lake Shinji, Shimane
Takeno, Hyogo

Yura, Sumoto, Hyogo
Tributary of the Kako Riv., Hyogo
Akaguri zaki, Ooi, Fukui
Saburi Riv., Ooi, Fukui
Unose, Obama, Fukui
Lake Hiruga, Mihama, Fukui

Datesalinity a

23 May 09
23 May 09
23 May 09
8 May 12sea
brackishbrackishsea

7 May 126 May 214 Apr. 12
1 Sep. 09
31 Jul. 12
Apr. 08 -Jan. 11

sea
fresh
sea
fresh
fresh
brackishLake Kugushi, Mihama, Fukui
Apr. 08 -Jan. 11
Lake Suigetsu, Wakasa, Fukui
Apr. 08 -Jan. 11
Lake Suga, Wkasa, Fukui
Apr. 08 - Apr. 09
Lake Mikata, Wakasa, Fukui
Apr. 08 - Apr. 09
Shikimi, Wakasa, Fukui
14 Mar. 12
Yukimatsu, Echizen, Fukui
2 Jun. 12
Akasumi, Shika, Ishikawa
2 Jun. 12
Point1, Ganmon, Shika, Ishikawa
24 Mar. 12
Point2, Ganmon, Shika, Ishikawa
24 Mar. 12
Fujinami, Noto, Ishikawa
20 Mar. 12
Tsukumo Bay, Noto, Ishikawa
21 Mar. 12
Osyoro Fishing Port, Otaru, Hokkaido
16 Jul. 12
Syukutsu Toyoi, Otaru, Hokkaido
16 Jul. 12
Hamamasu Riv., Ishikari, Hokkaido
16 Jul. 12
Nobusya Riv., Mashike, Hokkaido
16 Jul. 12
Obirashibe Riv., Rumoi, Hokkaido
17 Jul. 12
Odaira Beach, Rumoi, Hokkaido
17 Jul. 12
Odaira Dam, Rumoi, Hokkaido
17 Jul. 12
Nosyappu Cape, Wakkanai, Hokkaido
17 Jul. 12
Esashi Fishing Port, Esashi, Hokkaido
18 Jul. 12
6gounosawa Riv., Saroma, Hokkaido
19 Jul. 12
Abashiri Fishing Port, Abashiri, Hokkaido
19 Jul. 12
Point1, Lake Abashiri, Abashiri, Hokkaido
19 Jul. 12
Point2, Lake Abashiri, Abashiri, Hokkaido
19 Jul. 12
Shibetsu Fishing Port, Shibetsu, Hokkaido
20 Jul. 12
Akkeshi Mrine Station, Akkeshi, Hokkaido
21 Jul. 12
Chiyonoura Fishing port, Kushiro, Hokkaido
21 Jul. 12
Lake Akan, Akan, Hokkaido
21 Jul. 12
Minamisanriku, Miyagi
3 Mar. 12
Hinuma, Oarai, Ibaraki
5 Aug. 09
Tone Riv., Ibaraki
18 Mar. 10
Lake Suwa, Suwa, Nagano
11 Jun. 10
Takao Riv., Hachioji, Tokyo
19 Aug. 12
Enzan, Kosyu, Yamanashi
14 Aug. 12
Point1, Kano Riv., Shizuoka
6 Apr. 12
Point2, Kano Riv., Shizuoka
6 Apr. 12
Point3, Kano Riv., Shizuoka
6 Apr. 12
Kawatsu Riv., Kawatsu, Shizuoka
10 Apr. 12
Shimoda MRC, Shimoda, Shizuoka
9 Apr. 12
Point1, Aono Riv., Shizuoka
9 Apr. 12

brackishbrackishbrackishbrackish
sea
fresh
sea
fresh
sea
sea
sea
sea
sea
fresh
fresh
fresh
brackishfresh
sea
brackishfresh
sea
fresh ～ brackish
fresh
sea
sea
sea
fresh
brackishfresh ～ brackish
fresh ～ brackish
fresh
fresh
fresh
brackish
fresh
fresh
fresh
fresh ～ brackish
brackishRibotype (number of specimens collected)

C. opaca-

1(1)-1(1), 1/5(1),9/10(1)-1(41)C. albida

1(1)
-

3(2)

3(5)
5/9(2)-

1(104), 2(1)1(331), 2(3)1(7), 2(3)1(29), 2(7), 3(3)

5(2)

-

3(1)
-

1(2)
-

1(1), 6(1)
-

1(2)
-

7(1)
1(2)
-

1(2)
-

1(2)
1(2)
7(2)
-

4(2), 4/11(1),4/13(1), 12(1)Point2, Aono Riv., Shizuoka
9 Apr. 12
brackish
Point3, Aono Riv., Shizuoka
9 Apr. 12
fresh
Omaezaki, Shizuoka
24 May 09
sea ～ brackish
Omaezaki, Shizuoka
16 Jun. 10
sea ～ brackish
Lake Hamana, Shizuoka
22 Mar. 10
fresh
Ooyama, Okinawa
26 Mar. 09
fresh
Manna Riv., Okinawa
30 Mar. 09
fresh
Nago, Okinawa
30 Mar. 09
fresha
The salinity at the collecting time: fresh < 0.4 psu; 0.4psu ≤ brackish < 30 psu; 30 psu ≤ sea.

--

2(1), 5(1), 6(1), 2/5/8(1)1(2), 2(1), 5(1)1(1), 1/8(1)-5/6(2)

1(64)

-

1(4)

-

1(12), 3(9), 4(33), 5(9), 6(6),1/6(9), 4/6(8), 4/5(11), 5/6(1)1(4), 3(1), 6(1)-C. glomerata
-

-

3(1)
3(2)
3(1), 9(1)
1(2)
-

3(2)

-

-

6/9(1), 6/14(1)-5/9(2)-

5/6(1)
5/6(1), 6/11(1)
7(2)
-

7(3)
-

5/6(1), 5/9(1)-7(2)7(1), 10/12(1)
-

7(1)
-

-

1(7), 3(5)
1(12)
1(7)
6/11(1)
10/15/16(1)-3(1), 7(2), 1/7(1)5/9(1), 6/9(1)9/11(1)
7(1)
8(3)

-

7(2)

-

3(1)
4(1)
4(1)
4(1)

3(3)

-

3(1)
4(1), 6(1)3(1), 4(1)

-

-

-

伝的多様度が大きく異なっていることが明らかになった。その数，遺伝的距離，類縁関係，分布範囲などを種間で比較す

こで本研究は，全く多型が見られなかったツヤナシシオグサ

ることにより，生育環境の違いが遺伝的多様性や集団間の遺Cladophora opaca Sakai，最も多くのリボタイプが見られた
ワタシオグサ C. albida (Nees) Kützing，および淡水域と汽水域でリボタイプが異なっていたカモジシオグサ C. glomerata(L.) Kützing の 3 種に焦点を当て，生育環境と集団構造の関連性について解明することを目的とした。具体的には，上記 3

種をより広域から採集してリボタイプを決定し，リボタイプ

伝子交流に及ぼす影響について考察を行った。

材料と方法

2008 年 4 月から 2012 年 10 月にかけて，全国の 50 地点に，各調査地点で 2 ～おいてシオグサ属藻類を採集し（Table 1）
5 個体ずつを選別してリボソーム ITS 領域の配列を決定した。

76

丹羽ら

DNA 抽出用のサンプルは，付着物を極力取り除いた後，1 本の枝からその先端 1cm 程度を切り取り，マイクロチューブに入れて DNA を抽出するまで－ 30℃で保存した。Hayakawa
et al.（2012）の方法に準じて、リボソーム遺伝子の ITS 領域（ITS1–5.8S rDNA–ITS2）を PCR で増幅し，ダイレクトから検出され，他のリボタイプは 1 地点からしか検出されな統解析の結果をもとに行った。個体内で複数の配列が検出さ

互いに極めて近縁だったが，静岡クレードでは type11・12 とtype4・13 の 2 つのサブクレードに分かれた。系統ネットワー

シークエンスにより塩基配列を決定した。種の同定は分子系
れた場合は TA クローニングによりすべての配列を決定した。

Bakker et al.（1995a, b），Marks & Cummings（1996） の配列データを加え，BioEdit Sequence Alignment Editor ver.

7.1.11（Hall 1999）を用いて種ごとにアラインメントデータを作成した。MEGA（Tamura et al. 2011）を用いて近隣結合系統樹（NJ tree）を構築するとともに，1000 回のブートス
トラップ解析により各枝の信頼性を評価した。加えて，TCS
version 1.21（Clement et al. 2000）を用いてハプロタイプネッ
トワーク系統樹を作成した。

結果

ツヤナシシオグサ

かった。type8・9・10・11・13 はヘテロ接合型のリボタイプとして検出されたが，単独では検出されなかった。ほとん

どの個体は沿岸域から採集されたが，type1・4・12・4/11・

4/13 が汽水環境から検出された。近隣結合系統樹では 2 つのクレードに分かれ，北海道・日本海クレードのリボタイプは

ク解析により，北海道・日本海クレードのほとんどのリボタ
イプが type1 から派生したことが明らかになった。
ワタシオグサ

計 15 地点から採集した 132 個体について

遺伝子解析した結果，
9 つのリボタイプが認識された（Table 1,

Fig. 2）。さらに 6 パターンのヘテロ接合型（計 32 個体）が見られ，そのうちの 30 個体が三方五湖から検出され，残り 2

個体は福井県赤礁崎と静岡県下田で採集された。リボタイプ間における遺伝的距離は平均 0.33%，最大 0.97% であった。

type2・7・8・9 はそれぞれ 1 地点からしか見つからなかっ

計 17 地点から採集した 138 個体につたが，それ以外のリボタイプは広範囲から検出された。最も頻繁に見られたリボタイプは type3 で，5 県の 11 地点より計

いて ITS 領域の塩基配列を決定したところ，合計で 13 のリ

24 個体が採集された。type8 はヘテロ接合型のリボタイプとが見られた（Table 1, Fig. 1）。リボタイプ間における遺伝的たリボタイプは type1 で，1 道 4 県の計 13 地点（計 108 個体）

type1・3・5・7・1/7 が汽水環境から採集された。近隣結合
系統樹では，静岡県下田からのみ採集された type7 が最も初期に分化し，次に type3・9 が分化したという系統関係が得ら

接合型のリボタイプとしても検出された。type5・7 は 2 地点

れたような中心的なリボタイプは認められず，分散的に分化ボタイプが検出され，5 パターンのヘテロ接合型（計 5 個体）

距離は平均 1.24%，最大 2.67% であった。最も頻繁に見られより採集されたのに加え，type1/5，1/8 という 2 つのヘテロ

7a

してのみ検出された。多くの個体が沿岸域から採集されたが，れた。系統ネットワーク解析では，ツヤナシシオグサで示さ

c

1

1
1 6

1
7

1

T4

T12

b
1 3 1/8
1 1/5 9/10

1

1 2 5
1

1
4 4/11
12 4/13200 km0.005

type 7type 10type 6
type 156
type 3100
type 8type 5type 2
65
56 type 9
84 type 4
type 1399
98 type 11
type 12

Hyogo

Shizuoka

T10

T13

T3

Ishikawa

18

T11

Hokkaido/
Japan Sea clade

Ishikawa

T5

Shizuoka clade

T1

T6

Hokkaido, Ishikawa, Fukui,
Hyogo, Shimane

Hokkaido

T8

T7

Fukui, Hyogo

Hokkaido

T9

Hyogo

T2

Fukui

Fig. 1. Genetic diversity of Cladophora opaca based on the ribosomal ITS data. (a) The distribution of the 13 ribotypes. (b) NJ tree of the 13 ribotypes. The
bootstrap value (>50%) is given on each branch. The combinations of heterozygous ribotypes are connected by gray lines. (c) Network of the 13 ribotypes.
The size of each large circle is proportional to the number of specimens examined. Line indicates one mutation step between ribotypes, and small open circles
between lines indicate missing intermediate. The large number of substitutions is shown on the line.

77

シオグサ類の遺伝的多様度と分布パターン

a

c
1

T3
Miyagi, Shizuoka, Hyogo,
Ishikawa, Fukui

T5
Fukui

1 3 4 5 6 3
1/6 4/5 4/6 5/6

3

3 9

2 5 6 2/5/8b
3

1

3 7 1/7
3

3 4 6

82

type 4type 250
type 874
type 6
type 5type 157

200 km100
0.002

T9 Ishikawa

95

type7

Shizuoka, Fukui

T6
T2
Australia

type 3type 9

T4
Shizuoka, Fukui

Fukui

T8

T1

Hokkaido, Shizuoka,
Fukui, Shimane

Fukui

8

T7
Shizuoka

9

Au

Fig. 2. Genetic diversity of Cladophora albida based on the ribosomal ITS data. (a) The distribution of the 9 ribotypes. (b) NJ tree of the 9 ribotypes and one
Australian ribotype which was reported in Bakker et al. (1995a). (c) Network of the 9 ribotypes and the Australian ribotype (Au). Other information is thesame as Fig. 1.

が起こったことが示唆された。
カモジシオグサ

計 32 地点から採集した 566 個体について ITS 領域の塩基配列を決定したところ，15 のリボタイプが海道・日本海クレードに属するリボタイプの分布を比較すると，type1 のみが北海道から島根まで広域に分布していたのに対し，他の 8 つのリボタイプはいずれも分布域が限定されて認識され，7 パターンのヘテロ接合型（計 18 個体）が見られ

おり，集団間の遺伝的交流が活発ではないことが示唆された。

均 1.95%，最大 4.22% であった。type4・8 以外のリボタイからそれぞれの地域に特異的なリボタイプが分化したことがた（Table 1, Fig. 3）。リボタイプ間における遺伝的距離は平プは複数の地点から検出され，特に type5・6・7・9 は北海道から西日本まで広域に分布していた。多くの個体は淡水環境から採集されたが，type1・2・3・7 が汽水環境から採集された。系統解析の結果，4 つのクレードに分かれ，クレード A・
B・C とクレード D に大きな遺伝的差異が見られた。汽水域から採集された 4 つのリボタイプはいずれもクレード C に属していた。6 つのリボタイプはホモ接合型あるいは半数体として検出され，クレード B か C のいずれかに属していたのに対し，残りの 10 リボタイプはヘテロ接合型の対立遺伝子としてのみ検出され，クレード A か D に属していた。

考察

近年の分子進化学的研究により，遺伝的に分化が進んだ

海藻種が存在することが明らかになりつつあるが（例えば Zuccarello & West 2003, Kamiya et al. 2011, Payo et al.
2013），本研究でも 2 種の海産シオグサ類で多数のリボタイ

さらに系統ネットワーク解析により，広域に分布する type1

明らかになった（Fig. 1c）。この分化が最近起こったとすれば，type1 以外のリボタイプがごく限られた地域にしか分布していないのは説明がつくが，それを支持するデータはまだ得られていない。
一方，ワタシオグサでは太平洋側にも日本海側にも分布す

るリボタイプが複数見られた。リボタイプ間の平均遺伝的距
離を比較すると，ワタシオグサ（0.33%）はツヤナシシオグ

サ（1.24%）よりも著しく小さく，日本においては遺伝的な分化が進んでいないことが示唆された。type7 は静岡県に特有のリボタイプだが，日本海側に多い type1 とのヘテロ接合型（type1/7）が静岡県で採集されていることから，ワタシオ

グサは分散能力が高く，地理的に離れた集団間でも遺伝的交流が起こっていると考えられる。type7 はワタシオグサの中で最も祖先的で，他のリボタイプと系統的に離れているが（Fig.
2b），ネットワーク系統樹では type7 は type1 と最も近縁であるため（Fig. 2c），両者の間では依然として生殖的親和性が維プが検出された。ツヤナシシオグサでは 13 のリボタイプが検持されているのかもしれない。

プと静岡の 4 つのリボタイプ間で大きな遺伝的なギャップが広く分布し，潮間帯に見られる普遍的な海産種である（van出され，北海道および日本海沿岸に分布する 9 つのリボタイ見られた（平均遺伝的距離 2.34%）。北海道・日本海クレー

ドと静岡クレードの間には形態的な差異は見られなかったが，両者の間でヘテロ接合型が検出されなかったことを考え合わせると，すでに生殖的隔離が成立している可能性がある。北ツヤナシシオグサとワタシオグサは北海道から九州まで幅

den Hoek & Chihara 2000）。系統的にも近縁であり，どちらも同じような場所に生育しているにも関わらず（Hayakawa
et al. 2012），なぜ遺伝的多様化の様式や分布パターンが大きく異なっているのだろうか。一般的に，どちらの種も岩礁や

78

丹羽ら

a

7
5/6 6/11

5/6 5/9
5/6

c

7 10/12

type 1086 type 16

100
80

type 12
type 15

clade A

(freshwater)

Ne1

Netherlands2
clade B
9
type 8(freshwater)
100 type 4
Netherlands1
999
type 2clade C
(brackish/
74 type 7
T2
freshwater)
75 type 1
Fukui
88 type 3
California
type 5
T3
type 11clade D100
(freshwater)
type 9Ibaraki, Shizuoka,
Fukui
86 type 14
93 type 6

99

1

1 2 3
5/6 5/9

200 km

10/15/16 1 3
1
6/11
6/9
1
6/14
7 8
3
5/9 6/9 9/11
99

0.01

22

Ca

44

100

5/9

Hokkaido, Shizuoka, Hyogo,
Ishikawa, Fukui

b

7

T5
T11

Hokkaido, Tokyo,
Shizuoka

Hokkaido, Tokyo,
Shizuoka, Hyogo,
Fukui
Hokkaido,
Shizuoka
18

T7

Ibaraki, Nagano,
Fukui, Shimane

Hokkaido,
Shizuoka,
Ishikawa,
Fukui

T14

T6

Fukui



27

T8

Yamanashi T15

T1

T9

Shizuoka
Hokkaido,

T4

12

Okinawa

Ne2

T10 Yamanashi
T16
T12

Yamanashi

Hokkaido

Fig. 3. Genetic diversity of Cladophora glomerata based on the ribosomal ITS data. (a) The distribution of the 15 ribotypes. (b) NJ tree of the 15 ribotypes andthree foreign ribotypes which were reported in Marks & Cummings (1996). (c) Network of the 15 ribotypes and the three foreign ribotypes from California,
USA (Ca) and the Netherlands (Ne). Other information is the same as Fig. 1.

コンクリートブロックに付着して生育するが，ワタシオグサ
はホンダワラ類などの大型海藻に着生しているのを見かける。ホンダワラ類は流れ藻ことがある（Hayakawa et al. 2012）
として海流に乗って分散するため，それに着生したワタシオ
グサは分布を広げやすいのかもしれない。また，三方五湖に態的な研究は盛んに行われているが（Dodds & Gudder 1992,

Higgins et al. 2008, Zulkifly et al. 2013），多様性に関する研，本研究によって初めて究は進んでおらず（Ross et al. 2006）
カモジシオグサの高い遺伝的多様性が明らかとなった。

本研究では淡水産シオグサは 4 つのクレードに分かれたが，おける 1 年間の調査により，ツヤナシシオグサは夏から秋にクレード間には明確な形態的差異は認められなかったため，。
ていることが明らかになっている（Hayakawa et al. 2012）
流れ藻としての生物量は春から夏にかけて最大となるためについては，ウキシオグサ C. crispata (Roth) Kützing がカモジシオグサの 1 変種とされ（van den Hoek 1963），マリモ

かけて消失するのに対し，ワタシオグサはほぼ 1 年中生育し（Hirata et al. 2001，八谷ら 2005），この期間に生育している
ワタシオグサは流れ藻とともに分散する機会が増えるのではないかと推察される。ワタシオグサは世界中に広く分布するのに対して，ツヤナシシオグサは西太平洋沿岸に分布が限られており（Guiry & Guiry 2013），これも両種の生態的特性の違いが関係している可能性がある。

海と比べると，湖沼や河川は陸地によって地理的に隔てられているため，それが分散の障壁になって遺伝的な多様度が増すように思われるが，小型の水生生物の場合は水鳥などに運ばれることによって予想以上に頻繁に集団間を行き来していると考えられている（Kristiansen 1996, Figuerola & Green

2002）。実際に，淡水大型藻類の遺伝的多様度は低く，同じ遺すべてカモジシオグサと同定した。日本の淡水産シオグサ類，現が Aegagropila に移されたことで（Hanyuda et al. 2002）

在はカモジシオグサとフタマタシオグサ C. fracta (Müller exVahl) Kützing の 2 種が識別されている（Sakai 1964, 広瀬・

山岸 1977）。フタマタシオグサは分枝が疎らで枝が短いことで特徴づけられているが，遺伝的にはカモジシオグサとほとんど区別できない（Marks & Cummings 1996, Ross et al.
2006, 丹羽・神谷 未発表データ）。カモジシオグサは藻体の生長段階や生育環境によって形態が大きく変化することが知られているため（van den Hoek 1963, 新山 1986, Hayakawa et
al. 2012），淡水産シオグサ類については分類学的な再検討が必要であろう。

カモジシオグサの 4 つのクレードのうち，クレード A・D

伝子型の個体がかなり広域に分布する傾向が見られる（例えに属するリボタイプはすべてヘテロ接合型として検出された。

所的ではなく，広域な分布範囲を示すリボタイプが多数検出

テロ接合型の存在は，少なくとも過去に有性生殖を行ってい。淡水産のば Müller et al. 2003, Boedeker et al. 2010 など）
カモジシオグサの場合も，各リボタイプの分布は必ずしも局されたが，多様性に関しては海産のシオグサ 2 種よりも遺伝的分化は進んでおり，多くの集団が複数のリボタイプで構成されていた。カモジシオグサは世界中に広く分布する汎存種であり，時に大きなブルームを形成することがあるため，生

カモジシオグサは 2 本鞭毛の遊走子だけで無性的に繁殖すると考えられていたが（van den Hoek 1963），このようなヘた可能性を示唆している。有性生殖を行う一般的なシオグサ
属藻類の場合，異なるリボタイプの半数体（配偶体）間で交雑が起こるとヘテロ接合型の 2 倍体（胞子体）となるが，胞子体から放出される減数胞子（遊走子）が発芽して，再び半シオグサ類の遺伝的多様度と分布パターン

数体が生じる。今回、クレード A・D がすべてヘテロ接合型

で、半数体が全く検出されなかった理由として，交雑による
1

アポミクシス が考えられる。種子植物やシダ植物では，倍数性の異なる個体間で交雑することによって生じた異質倍数体がアポミクシスを行うことが知られている（Wagner &Wagner 1980, Richard 2003）。海藻ではスジアオノリ（Ulva
prolifera Müller）でヘテロ接合型のアポミクトが見つかっており，異なるリボタイプ間での交雑によって生じた可能性

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体数ともに少ないため，汽水域に特化したリボタイプなのかどうかは判断できない。ワタシオグサに関しては，汽水環境から検出されたリボタイプ（type1・3・5・7）は必ずしも系

統的に近縁ではなかったことから，汽水環境への適応能が何度も獲得されたのか，あるいはどのリボタイプも潜在的に汽水環境で生育可能なのかもしれない。一方，カモジシオグサ
では，4 つのリボタイプ（type1・2・3・7）が淡水～汽水域から採集されており，すべてクレード C に属していた。Fig.

が示唆されている（Ogawa et al. 投稿中）
。紅藻のニセアヤ

3 の系統樹を見ると，このクレード C のリボタイプが派生的

leprieurii (Montagne) J. Agardh では，遺伝的に異なる特定の培養株間で掛け合わせることにより F1 胞子体がアポミクシ
スを行うことが明らかになっている（Kamiya & West 2008,
Kamiya et al. 2011）。

的なように見える。しかしながら，海水または汽水域に生育，に最も近縁であることを考えると（Hayakawa et al. 2012）
カモジシオグサはもともと汽水域に生育できる能力を持ってよってアポミクシスが生じたとすれば，ヘテロ接合型の親での能力を失った（つまり淡水環境に特化して生育するようにある半数体のリボタイプが見つからなかったのは何故だろう

なった）と考えることもできる。いずれにせよ，汽水環境適か。アポミクシスのメリットとして，配偶体や配偶子を作る

応能が系統的に近縁な種間・種内で何度も変化するというのコストを省くことができる上に，パートナーがいなくても単は，進化生態学的にも細胞分子生物学的にも興味深い現象でギヌ Caloglossa monosticha Kamiya やセイヨウアヤギヌ C.

カモジシオグサにおいても異なるリボタイプ間での交雑に独で繁殖が可能であるということが挙げられる（Tomiuk &Köhler 2007）。また，有性生殖個体の場合，交雑によって雑に汽水環境への適応能力を獲得したと解釈するのが最も節約するフサシオグサ C. vagabunda (L.) Hoek がカモジシオグサ

おり，クレード A・B の共通祖先とクレード D で派生的にそある。

本研究ではリボソーム ITS 領域を用いて遺伝子型を特定

種強勢（雑種第一代が，サイズ，耐性，繁殖能力などが両親したが，リボソームシストロンは数十から数百のコピー配列

よりも優れた形質を表す現象）が起こったとしても，（減数分がタンデムに並んでいるため，染色体交叉が起これば半数体裂と有性生殖のせいで）その遺伝子型が次世代でも再現する
確率は極めて低くなるが，アポミクシスでは何世代でも雑種
強勢個体を作り続けることができる（Spielman et al. 2003,

Nybom 2007, Birchler et al. 2010）。カモジシオグサのクレー
ド A および D のリボタイプの場合，厳しい自然選択によって有性生殖集団が淘汰され，雑種強勢を示すヘテロ接合型のア
ポミクト集団だけが生き残ったというストーリーが考えられる。

一方，カモジシオグサのクレード B・C ではヘテロ接合型が見つかっていない。クレード B に関しては調べた集団数・個体数ともに少ないため，調査個体数や集団数を増やすことによってヘテロ接合型が検出される可能性はあるが，クレー

ド C のリボタイプ（type 1・2・3）が生育する三方五湖では，400 個体以上のカモジシオグサを調べてもヘテロ接合型は検出されていない。リボタイプ間の遺伝的な違いはクレード C
内で最大 9 塩基しかなく，他の 2 つのクレード内の違いとあまり変わらないが，すでにリボタイプ間で生殖的隔離が成立しているのかもしれない。

でも個体内多型が生じる可能性がある（Feliner & Rosselló
2007）。つまり，個体内で 2 種類のリボタイプが検出されたからといって複相世代と断定はできないのである。一方，そのような複数コピーが並ぶ遺伝子では，コピー内の変異が遺伝
子変換（gene conversion）と呼ばれる組換え作用によって他のコピーにも伝搬し，やがてコピー全部の配列が同一になる現象（協調進化 concerted evolution）が起こる（Liao 1999）。
要するに，ヘテロ接合の場合は同じ遺伝子型が長期間にわたって維持される保証はないということになる。このように，集団遺伝学的な解析にリボソーム ITS 領域を用いると遺伝子型を正しく判別できない可能性があるため，シングルコピーの
核コード遺伝子マーカーかマイクロサテライトマーカーの開発が求められる。また，たとえ適当な分子マーカーを用いたとしても，複相のホモ接合体と単相の配偶体を遺伝子型だけで識別することは困難であるため，染色体数や遊走細胞の鞭毛数をチェックするなどして世代を判別する必要がある。
結論として，海産のツヤナシシオグサとワタシオグサや，

淡水産カモジシオグサの 4 つのクレードのように，同じよう今回解析した 3 種はいずれも汽水域にも生育していたが，な環境に生育していても集団構造や分布パターンに顕著な違

ツヤナシシオグサでは，太平洋側固有の 4 つのリボタイプがは生育環境以外の要因によっても影響されると考えられる。

汽水環境への適応能力はどのように獲得されたのだろうか。
いずれも河口域から採集されているが，調査した集団数・個
1

受精や減数分裂を伴わない生殖様式の総称。「無性生殖」という用語は意味が広く，世代交代を行う胞子体にも適用されることがある
ため，ここでは「配偶子を作らず遊走子だけで繁殖を繰り返す生殖様式」をアポミクシスと呼ぶ。

いが見られることが明らかになり，遺伝的な交流や分散範囲
また，カモジシオグサではアポミクシスや雑種強勢が起こっている可能性が示唆されたことから，生活環や遺伝的な特性の違いも集団構造に影響を与えている可能性がある。今後，
種間あるいはリボタイプ間の生態・生理特性や生活環の違いを詳らかにすることにより，シオグサ類における進化プロセ

80

丹羽ら

スを解明していきたいと考えている。

謝辞

本研究の一部は，科学研究費（課題番号 24570106），公益信託ミキモト海洋生態研究助成基金，藤原ナチュラルヒスト
リー振興財団学術研究助成の助成を受けて実施された。本研究を進めるに当たって，山梨大学の芹澤如比古氏，芹澤和世氏，
海藻研究所の新井章吾氏，島根大学の大谷修司氏，国立科学博物館の北山太樹氏，神戸大学の羽生田岳昭氏，東邦大学の宮地和幸氏，福井県海浜自然センターの皆様，福井県立大学の大城香氏，吉川伸哉氏にご協力いただいた。この場を借りて謝意を表する。

引用文献

Bakker, F. T., Olsen, J. L. & Stam, W. T. 1995a. Evolution of nuclear rDNA ITS
sequences in the Cladophora albida/sericea clade (Chlorophyta). J. Mol.
Evol. 40: 640–651.
Bakker, F. T., Olsen, J. L. & Stam, W. T. 1995b. Global phylogeography in thecosmopolitan species Cladophora vagabunda (Chlorophyta) based on
nuclear rDNA internal transcribed spacer sequences. Eur. J. Phycol. 30:
197–298.
Birchler, J. A., Yao, H., Chudalayandi, S., Vaiman, D. & Veitia, R. A. 2010.
Heterosis. The Plant Cell Online 22: 2105–2112.
Boedeker, C., Eggert, A., Immers, A. & Wakana, I. 2010. Biogeography of
Aegagropila linnaei (Cladophorophyceae, Chlorophyta): a widespread
freshwater alga with low effective dispersal potential shows a glacial
imprint in its distribution. J. Biogeogr. 37: 1491–1503.
Briggs, J. C. 1994. Species diversity: land and sea compared. Syst. Biol.
43:130–135.
Clement, M., Posada, D. & Crandall, K.A. 2000. TCS: a computer program toestimate gene genealogies. Mol. Ecol. 9: 1657–1660.
Dodds, W. K. & Gudder, D. A. 1992. The ecology of Cladophora. J. Phycol. 28:
415–427.
Feliner, G. N. & Rosselló, J. A. 2007. Better the devil you know? Guidelines for
insightful utilization of nrDNA ITS in species-level evolutionary studies inplants. Mol. Phylogenet. Evol. 44: 911–919.
Figuerola, J. & Green, A. J. 2002. Dispersal of aquatic organisms by waterbirds:
a review of past research and priorities for future studies. Freshwat. Biol.
47: 483–494.
Guiry, M. D. & Guiry, G. M. 2013. AlgaeBase. World-wide electronic
publication, National University of Ireland, Galway. http://www.algaebase.
org.
Hall, T. A. 1999. Bioedit: a user-friendly biological sequence alignment editor
and analysis program for Windows 95/98/NT. Nucleic Acids Symp. Ser. 41:
95–98.
Hanyuda, T., Wakana, I., Arai, S., Miyaji, K., Watano, Y. & Ueda, K.
2002. Phylogenetic relationships within Cladophorales (Ulvophyceae,
Chlorophyta) inferred from 18S rRNA gene sequences with specialreference to Aegagropila linnaei. J. Phycol. 38: 564–571.
Hayakawa, Y., Ogawa, T., Yoshikawa, S., Ohki, K. & Kamiya, M. 2012.
Genetic and ecophysiological diversity of Cladophora (Cladophorales,
Ulvophyceae) in various salinity regimes. Phycol. Res. 60: 86–97.
Higgins, S. N., Malkin, S. Y., Todd Howell, E., Guildford, S. J., Campbell, L.,
Hiriart-Baer, V. & Hecky, R. E. 2008. An ecological review of Cladophora
glomerata (Chlorophyta) in the Laurentian Great Lakes. J. Phycol. 44:
839–854.
Hirata, T., Tanaka, J., Iwami, T., Ohmi, T., Dazai, A., Aoki, M., Ueda, H.,
Tsuchiya, Y., Sato, T. & Yokohama, Y. 2001. Ecological studies on thecommunity of drifting seaweeds in the south-eastern coastal waters of
Izu Peninsula, central Japan. I: Seasonal changes of plants in species
composition, appearance, number of species and size. Phycol. Res. 49:
215–229.

広瀬弘幸・山岸高旺 1977. 日本淡水藻図鑑 . 内田老鶴圃 . 東京 .

Kamiya, M. & West, J. A. 2008. Origin of apomictic red algae: outcrossing
studies of different strains in Caloglossa monosticha (Ceramiales,
Rhodophyta). J. Phycol. 44: 977–984.
Kamiya, M., West, J. A. & Hara, Y. 2011. Induction of apomixis by outcrossing
between genetically divergent entities of Caloglossa leprieurii (Ceramiales,
Rhodophyta) and evidence of hybrid apomicts in nature. J. Phycol. 47:
753–762.
Kristiansen, J. 1996. Dispersal of freshwater algae – a review. Hydrobiologia
336: 151–157.
Liao, D. 1999. Concerted evolution: molecular mechanism and biologicalimplications. Am. J. Hum. Genet. 64: 24–30.
Marks, J. C. & Cummings, M. P. 1996. DNA sequence variation in theribosomal internal transcribed spacer region of freshwater Cladophora
species (Chlorophyta). J. Phycol. 32: 1035–1042.
Müller, K. M., Cole, K. M. & Sheath, R. G. 2003. Systematics of Bangia(Bangiales, Rhodophyta) in North America. II. Biogeographical trends
in karyology: chromosome numbers and linkage with gene sequencephylogenetic trees. Phycologia 42: 209–219.
新山優子 1986. 北海道産カモジシオグサ Cladophora glomerata (L.) Kützingの形態と季節的変化 . 藻類 34: 216–224.

Nybom, H. 2007. Unique reproduction in dogroses (Rosa sect. Caninae)
maintains successful and highly heterozygous genotypes. In Hörandl, E.,
Grossniklaus, U., Van Dijk, P.J. & Sharbel, T.F. [eds] Apomixis: Evolution,
Mechanisms, and Perspectives. pp. 281–298. Lubrecht & Cramer Ltd,
Koenigstein, Germany.
Palumbi, S. R. 1994. Genetic divergence, reproductive isolation, and marine
speciation. Annu. Rev. Ecol. Syst. 25: 547–572.
Payo, D. A., Leliaert, F., Verbruggen, H., D'hondt, S., Calumpong, H. P. &De Clerck, O. 2013. Extensive cryptic species diversity and fine-scaleendemism in the marine red alga Portieria in the Philippines. Proc. Royal
Soc. B: Biol. Sci. 280 20122660; doi:10.1098/rspb.2012.2660.
Richards, A. J. 2003. Apomixis in flowering plants: an overview. Phil. Trans. R.
Soc. Lond. B 358:1085–1093.
Ross, S. J., Sheath, R. & Muller, K. 2006. Molecular phylogeography andspecies discrimination of freshwater Cladophora (Cladophorales,
Chlorophyta) in North America. MSc Thesis, University of Waterloo,
Waterloo, Canada. Available at: http://hdl.handle.net/10012/2977.
Sakai, Y. 1964. The species of Cladophora from Japan and its vicinity. Sci. Pap.
Inst. Algol. Res. Hokkaido Univ. 5: 1–104.
Spielman, M., Vinkenoog, R. & Scott, R. J. 2003. Genetic mechanisms ofapomixis. Phil. Trans. R. Soc. Lond. B 358: 1095–1103.
Tamura, K., Peterson, D., Peterson, N., Stecher, G., Nei, M. & Kumar, S.
2011. MEGA5: molecular evolutionary genetics analysis using maximum
likelihood, evolutionary distance, and maximum parsimony methods. Mol.
Biol. Evol. 28: 2731–2739.
Tomiuk, J. & Köhler, W. 2007. Population genetics: evolutionary features ofasexual species. Prog. in Bot. 68: 130–150.
van den Hoek, C. 1963. Revision of the European Species of Cladophora. Brill
Archive, Leiden.
van den Hoek, C. & Chihara, M. 2000. A taxonomic revision of the marine
species of Cladophora (Chlorophyta) along the coasts of Japan and theRussian far-east. National Science Museum, Tokyo.
Wagner, W. H. Jr. & Wagner, F. S. 1980. Polyploidy in pteridophytes. In Lewis,
W. H. [Ed] Polyploidy. pp. 199–214. Plenum Press, London, UK.
八谷光介・西垣友和・井谷匡志・和田洋藏 2005. 若狭湾西部養老地先における流れ藻発生量の水底とその比重測定による浮遊期間の推定 . 月刊
海洋 7: 516–521.

Zuccarello, G. C. & West, J. A. 2003. Multiple cryptic species: moleculardiversity and reproductive isolation in the Bostrychia radicans/B.
moritziana complex (Rhodomelaceae, Rhodophyta) with focus on North
American isolates. J. Phycol. 39: 948–959.
Zulkifly, S. B., Graham, J. M., Young, E. B., Mayer, R. J., Piotrowski, M.
J., Smith, I. & Graham, L. E. 2013. The Genus Cladophora Kützing(Ulvophyceae) as a globally distributed ecological engineer. J. Phycol. 49:（Received May 10, 2013; Accepted May 30, 2013）