つくば生物ジャーナル

Tsukuba Journal of Biology (2019) 18, 52Ⓒ2019 筑波大学生物学類

ダケカンバ (Betula ermanii) の遺伝構造と集団動態の歴史
加藤 朱音（筑波大学 生物学類）

指導教員：石田健一郎（筑波大学 生命環境系）【背景・目的】南方系統に分かれる傾向があった。このような地理的遺伝構造は地球温暖化が深刻化するなか、今後の気候変動に対する樹木集
ウダイカンバなどの耐寒性樹種に典型的であるが 2 系統の境界が団の挙動を予測することは森林の生物多様性を考慮する上で重要
それらより南方に位置する点は高山植物によくみられる遺伝構造10)である。特に生物多様性の一番小さい単位ともいえる遺伝的多様と近かった。また、葉緑体 DNA の PCR-RFLP 解析を行った先性は多くの生物種において第四紀（約 258 万年前～現在）の氷期・ 行研究 11)の結果と同様にダケカンバのハプロタイプ分布は南北で間氷期サイクルなどの気候変動に伴う分布変遷の歴史と強く関係完全には分化しておらず、F❜ST は 0.725 であり、東北地方中南部している 1)。そのため遺伝構造情報から生物種の過去の歴史を評を堺に南北でハプロタイプ分布が明確に異なるウダイカンバ（F❜価することは、将来の温暖化影響予測をする上でも重要である 2)。 ST = 0.977）よりも低い値を示した。またダケカンバでは Hap1 お
本研究ではカバノキ科カバノキ属ダケカンバ（Betula ermanii） よび 2 には南北の分布パターンはみられたが、GST および RST をに着目した。本種は生長の早い先駆種で、森林限界付近にまで分用いた検定からは系統地理学的構造は検出されなかった。したが布するため今後の温暖化に対して鋭敏に分布移動など含めて反応って、ダケカンバはその強い耐寒性のために最終氷期最盛期など2)することが予想され、温暖化影響評価に適した樹種である 。ここの氷期中も他樹種ほど分布縮小せず、南方系の遺伝的組成をもつでダケカンバのような被子植物では葉緑体ゲノムは母性遺伝し、個体が氷期の東北や北海道でも生残したなどの歴史的シナリオが集団間の遺伝子流動は種子散布のみで起こるため、両性遺伝する推定される。標高別に供試した 4 地域についてはオロフレ峠での3)核 DNA に比べ、強い遺伝構造を検出しやすい 。そこで、本研究
み標高別集団から Hap1 および Hap2 が検出され高標高集団のほでは温暖化影響の基礎情報を得るため、ダケカンバが辿ってきた
うが Hap2 の遺伝子頻度が高いという違いがみられたが、他 3 地分布変遷の評価を目的に、葉緑体 SSR（simple sequence repeat）域では標高に関係なく集団は 1 つのハプロタイプで固定されていマーカー4)を用いた遺伝構造解析を行った。
た。さらに、山形県の独立峰である鳥海山や、栗駒山、四国など【材料・方法】の隔離集団からは主要な Hap1 および 2 から大きく分化している
四国以東のダケカンバの国内分布域を網羅するように 1 集団あ固有なハプロタイプが検出された。これらの結果は東北地方の独たり 8~12 個体、計 44 集団 489 個体を採取した。北海道日高山脈
立峰のような山々は最終氷期最盛期に局所的な逃避地となってい北部の日勝峠、洞爺湖東部のオロフレ峠および渡島半島の横津岳、 たとしたウダイカンバの先行研究 12)での仮説を支持するものであ
福島県の吾妻山東部の 4 地域については標高別（標高差：300~400った。欧州の主要なカバノキ属 3 種間を対象にした先行研究 13)でm）に 1 集団ずつ供試した。またダケカンバと近縁種との浸透性は、葉緑体ゲノムでは有意な遺伝的分化がみられず、これは同所交雑も評価するためにウダイカンバ（B. maximowicziana）3 集的に分布する種間での浸透交雑によると考えられている。一方、団 12 個体、シラカンバ（B. platyphylla）2 集団 7 個体およびミ
本研究の供試 4 種間では葉緑体ゲノムレベルでの有意な遺伝的分ズメ（B. grossa）2 集団 4 個体も供試した。冬芽および葉から化がみられた（F❜RT = 0.489）。これについては同様の結果が得ら
DNeasy Plant Mini Kit（QIAGEN）を用いて DNA を抽出し、れた先行研究 11)でも考察されているように種間でのハプロタイプ
予備実験でダケカンバでの多型性を確認した葉緑体 SSR4 遺伝子の共有には浸透交雑に加え、祖先多型も影響していると考えられ座を Type it Microsatellite PCR Kit（QIAGEN）を用いて PCRる。ただし、これについては各種のハプロタイプの地理的分布を増幅した。これらの PCR 産物のフラグメント解析は AB Genetic
より詳細に調べ比較する必要がある。
今後は両性遺伝する核 DNA
Analyzer 3130 （Applied Biosystems）を用いて行い、計 4 種 512の遺伝構造解析も行い、ユーラシア大陸データ 1)も統合し、ダケ個体の葉緑体ハプロタイプを決定した。検出されたハプロタイプ
カンバの集団動態の歴史について総合的な考察を行う。
5)間の系統関係をみるためハプロタイプネットワーク図 を作成し
〈引用文献〉
1) Tsuda Y, et al. (2017) Mol Ecol 26: 589-605
た。GenAlEx ver. 6.5 ソフトウェア 6)を用いて各集団の遺伝子多❜ 7)2) 津田吉晃 (2018) 森林科学 82: 36-39
様度および集団間の遺伝的分化程度を表す F ST を算出した。さ3) Petit RJ, et al. (1993) Heredity 71: 630-641
らに分子分散解析 8)により 4 種間および種内の遺伝的変異を階層
4) Weising K, Gardner RC (1999) Genome 42: 9-19
的に評価した。また、ダケカンバのハプロタイプ分布に系統地理
5) Bandelt H-J, et al. (1999) Mol Biol Evol 16: 37-48
学的構造があるか調べるため、ハプロタイプ間の遺伝距離を考慮
6) Peakall R, Smouse PE (2012) Bioinformatics 28: 2537-2539
した遺伝子分化係数 RST がそれを考慮しない GST より有意に大きいかについてPermut&CpSSR ソフトウェア 9)を用いて検定した。 7) Meirmans PG, Hedrick PW (2011) Mol Eco Note 4: 792-794
8) Excoffier L, et al. (1992) Genetics 131: 479-491【結果・考察】9) Pons O, Petit RJ (1996) Genetics 144: 1237-1245
供試全 512 個体から 16 個のハプロタイプ（以下 Hap）が検出
10) Fujii N, Senni K (2006) Taxon 55: 43-52
された。Hap1 はウダイカンバ、Hap2 はウダイカンバおよびシラ
11) Tsuda Y, Ide Y (2010) J Plant Res 123: 343-353
カンバでもみられ、Hap15,16 はミズメでのみ検出された。ダケカ
12) Tsuda Y, et al. (2015) Mol Eco 24: 1403-1418
ンバでは Hap1 は北海道～東北地方南部に、Hap2 は関東地方以
13) Palme AE, et al. (2004) Mol Eco 13: 167-178
南にそれぞれ分布し、関東地方北部をおおよその境に北方系統と52