自然教育園報告Ⓒ 2021

第 53 号：1 − 5,2021.

国立科学博物館附属自然教育園

国立科学博物館附属自然教育園におけるゲンジボタルの遺伝子解析
鈴木浩文＊
日本ホタルの会

Hirobumi Suzuki: Mitochondrial DNA analysis of the firefly, Luciola cruciata in the Institute for
Nature Study, National Museum of Nature and Science. Miscellaneous Reports of the Institute for
Nature Study (53): 1–5, 2021.
Japan Fireflies Society

はじめにるのに対して，東日本では約 4 秒（4 秒型）である（大場，1988，1989，2004）。自然教育園においては，1989

自然教育園は，東京都港区白金台の国立科学博物館附

年と 2017 年の調査では，2 秒型が報告されている（矢野，属の自然緑地である。もともとは，江戸時代に下屋敷な2018; 大場・鈴木，2019）。この状況を受けて，1989 年，

どに使われていたが，あまり人の手を入れていない状態

2017 年，2018 年に保存されていたゲンジボタルの遺伝が長く保たれていたこともあって，現在では，東京都内子解析（ミトコンドリアの CO Ⅱ遺伝子）が行われた。

で自然の姿を残す貴重な場所となっている。2014 年の調

その結果，1989 年のサンプル 1 個体が西日本地域由来の，査では，約 20 ヘクタールの園内に，1473 種の植物，約2017 年のサンプル 1 個体が中部地域由来の遺伝子型が認2130 種の昆虫，約 130 種の鳥類の記録が残されているめられた（大場・鈴木，2019）。今回は，2019，2020 年（国立科学博物館附属自然教育園，2014）。に捕獲したサンプルに，香川と徳島のサンプルも加えて解析したので報告する。

自然教育園において，ゲンジボタルが生息していることは，昔から知られているようであるが，観察・発生個体数の調査は 1978 年から始まり，2017 年までの 40 年間材料と方法の記録がまとめられた（矢野，2018）。その中で 1987 年
までは 200 個体ほどの発生数であったが，1988 年には24 個体と激減したために，保護・増殖計画が策定された。

ゲンジボタル

そして，個体数減少の原因究明，各地のホタル自然生息

解析には，2019 年 6 月に自然教育園で採集したオス成地・人工飼育施設の視察調査，ホタルの専門家による自虫 4 個体および 2020 年 6 月に採集したオス成虫 3 個体

然教育園の生息地視察・助言，野外保護・増殖施設の建の合計 7 個体，また，香川県綾川町で 2019 年 6 月に採設などが予定され，ホタル生息地の環境が整備された。

集したオス成虫 2 個体，徳島県吉野川市で 2019 年 6 月 2

現状では，50 個体以下の数十個体で落ち着いているよう日に採集したオス成虫 16 個体を用いた。これらの個体である。

は，解析に供するまでエタノール中に保存されていた。

この間に，ゲンジボタルの発光の様子も調査されている。ゲンジボタルのオスが飛翔しながらメスを探すとミトコンドリアＤＮＡの解析方法

きの発光パターンは特徴的で，中部山岳地帯を境とし1 個体につき後脚 2 本から，QIAamp DNA mini kitて，西日本と東日本で異なっていることが指摘されてお（QIAGEN 社）を用いて，取り扱い説明書のプロトコル

り，西日本では，その発光間隔が約 2 秒（2 秒型）であ（組織からのゲノム DNA の抽出）に従い，DNA を抽* E-mail: suzunohiro@yahoo.co.jp−1−

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出した。抽出した DNA から，PCR（polymerase chainたので，このパラメーターを用いて，最尤法による系reaction） に よ っ て， ミ ト コ ン ド リ ア の cytochrome

統樹を作成した。外群には，近縁種のクメジマボタル

oxidase Ⅱ（CO Ⅱ）遺伝子領域を増幅した（Suzuki et（Luciola owadai）を用いた。

al., 2002）。増幅には次のプライマーを用いた。TL2-J3037：5ʼ-ATGGCAGATTAGTGCAATGG-3ʼ および TKN-3785：5ʼ-GTTTAAGAGACCAGTACTTG-3ʼ（Simon et結果al., 1993）。増幅した CO Ⅱ遺伝子の PCR 産物は，PCRに用いたプライマーと同じプライマーを用いて，BigDye

表 1 には，ミトコンドリア CO Ⅱ遺伝子の塩基配列を

terminator v3.1 cycle sequencing kit および Genetic

基に制限酵素の切断サイトから決定したハプロタイプ

analyzer 3500xL（ThermoFisher 社）を使用してダイレを示している。今回用いた自然教育園の 2019 年およびクトシーケンスを行い，塩基配列を決定した。

2020 年のサンプルは，全て関東地域でみられる C 型の塩基配列を基に，６つの制限酵素（Ase Ⅰ，Rsa Ⅰ，遺伝子型であった。なお，自然教育園での遺伝子分析のMva Ⅰ，Hae Ⅲ，Hinf Ⅰ，Hpa Ⅱ）の切断サイトを確認し，ための採集記録は 2018 年以降であることから，大場・ハプロタイプを決定した。なお，ハプロタイプの名称は，鈴木（2019）の報告にある 1989 年および 2017 年のデー

Suzuki et al.（2002）によった。

タは含めずに解析を行った。表中の 2018 年のサンプル

系統樹の作成には，Suzuki et al.（2002）によって報は大場・鈴木（2019）のデータで，C 型である。また，

告されているゲンジボタルの CO Ⅱ遺伝子の塩基配列

香川のサンプルは E 型，徳島のサンプルは E 型と U 型に，今回のデータを付け加えて行った。使用したソフトであった。なお U 型は，Suzuki et al.（2002）でクメジウェアは，MEGA X（Kumar et al., 2018）で，得られたマボタルに当てがわれた U 型ではなく，その後の調査で塩基配列の置換のモデルを検討したところ，G 補正（5新たにゲンジボタルに当てがったものである。

categories, +G; parameter ＝ 0.1996）を行った Tamura

図 1 の系統樹は，Suzuki et al.（2002）の系統樹に自3-parameter model（Tamura, 1992）が最適と判断され然教育園と香川，徳島のサンプルを付け加えたものであ

表 1．ミトコンドリア CO Ⅱ遺伝子の塩基配列を基に 6 つの制限酵素の切断サイトから決定したハプロタイプ．
各制限酵素におけるアルファベットの小文字表現による型およびその組み合わせによるハプロタイプ（アルファベットの大文字表現による型）は，Suzuki et al.,（2002）の表記による．U 型は初出．
個体番号

採集年

自然教育園 1 (2018)
自然教育園 2 (2018)
自然教育園 3 (2019)
自然教育園 4 (2019)
自然教育園 5 (2019)
自然教育園 6 (2019)
自然教育園 7 (2020)
自然教育園 8 (2020)
自然教育園 9 (2020)
香川 1
香川 2
徳島 1
徳島 2
徳島 3
徳島 4
徳島 5
徳島 6
徳島 7
徳島 8
徳島 9徳島 10
徳島 11
徳島 12
徳島 13
徳島 14
徳島 15徳島 1620182018201920192019
20192020
2020
2020
20192019201920192019201920192019
2019201920192019201920192019201920192019

制限酵素

Ase I

Rsa I

Mva I

Hae III

Hinf I

Hpa IIaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaabbbbbbbbbbbbbbbbbbbbbbbbbbbaaadaadadddddaaaddaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaabbbbbbbbbccccccccccccccccc
c−2−

ハプロタイプ
CCCC
CC
CC
CE
E
E
UE
E
U
E
UU
U
U
U
E
EE
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図 1．ゲンジボタルにおけるミトコンドリア CO Ⅱ遺伝子ハプロタイプの系統樹．
Tamura 3-parameter model（+G, parameter=0.1996）による最尤系統樹．系統樹の枝の先端には，アルファベット表記のハプロタイプとその採集地が示してある．自然教育園のハプロタイプは東日本地域の系統に含まれている．

−3−

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る。各クラスターの根本の数字は，1000 回のブートスト

DNA の解析と同様に 3 つの系統（東日本系統，西日本ラップ値で，枝のまとまりの信頼度を示すものであり，系統，九州系統）が認められたが，3 系統の関係は，九50%以下のものは示していない。系統樹の下のスケール

州と西日本の系統がより近縁で，東日本系統が離れておは 2%の塩基差異を示している。大きく 3 つの系統（東り，ミトコンドリア DNA での関係とは異なっている。

日本系統，西日本系統，九州系統）が認められる。大場・

さらに，ゲノムの構成を見てみると，九州と西日本系統

鈴木（2019）の結果と同様に東日本系統の中には更に東のゲノムを半分ずつ持つ個体が見られ，両者間で交雑が北（A と D 型）と関東（B と C 型）の 2 系統，九州系起こっていることを示しているが，西日本と東日本系統

統の中には北九州（K，L，M，N，O，S 型）と南九州（P，Q，R）のゲノムを半分ずつ持つ個体は見られず，両者間での交の 2 系統が認められている。しかし，西日本系統の中で雑は起こっていない可能性が示されている。ゲンジボタ

は，中部地域とそれ以外の地域を区別することはできなルの人為的な移植に伴うミトコンドリア DNA レベルでかった。の遺伝的な撹乱の状況は，これまでいくつか報告されて自然教育園のサンプルは，関東に分布する C 型のクラいるが（鈴木，2009；木村ほか，2013），自然教育園もスターを作り，東日本系統に含まれている。香川のサン含めて，両系統間での交雑が起こっているのか，いないプル（E 型）は徳島の E 型のサンプルとクラスターを作のか，ゲノムレベルでの継続的な調査が求められる。
一方，発光パターンについては，発光間隔は温度に影り，残りの徳島のサンプルは U 型でクラスターを作り，響され，気温が高いと発光間隔は短く，気温が低いと長両者ともに西日本系統に含まれている。

くなる。Iguchi（2010）は，気温の影響を考慮したうえで，発光間隔の速いタイプ（2 秒型），遅いタイプ（4 秒考察型）そして中間型の 3 タイプを特定している。この発光パターンの違いは，ミトコンドリア DNA，ゲノムレベ

自然教育園での調査採集の記録がある 2018 年以降のルでの遺伝的な違いに対応していると考えられているがサンプルでは，解析した限りにおいては（9 個体），すべ（Suzuki et al., 2002；Kato et al., 2020），中間型が両系統て関東地域に代表される遺伝子型（C 型）であった。大の交雑個体なのかどうか，野外での配偶行動の観察や室場・鈴木（2019）の報告では，1989 年と 2017 年のサン内での交雑実験を含め，ゲノムレベルでの調査が期待さプルから西日本地域に代表される E 型が見つかっている

れる。自然教育園においては，同一集団に 2 秒型と 4 秒ことと，自然教育園は，江戸時代には高松藩主（香川県）型が認められている（矢野，2018；大場・鈴木（2019）。の松平讃岐守頼重の下屋敷で，当時，薬草園が設けられ，集団内における生態的な 2 型および遺伝的な 2 系統の間四国からハマクサギやトラノオスズカケなどの植物が導での交雑や両型の保有機構については，今後の課題であ入された記録が残っていることから（矢野，2018），ゲる。

ンジボタルも四国から持ち込まれた可能性を考慮して，香川と徳島のサンプルも併せて解析した。系統樹には示謝していないが，1989 年のサンプルは，徳島の U 型のサ

辞ンプルのクラスターに入り，2017 年のサンプルは西日本系統のクラスターに入っている。ここ数年，１日に 20本研究を進めるに当たり，自然教育園での遺伝子解析

個体ほど観察される集団において，C 型が優勢になってのサンプルを調達して頂いた矢野亮氏（国立科学博物館はいるが，置き換わっているかどうかは，判断できない。

附属自然教育園），香川のサンプルを調達して頂いた川

また，今回のミトコンドリア DNA のハプロタイプ解析

上洋一氏，徳島のサンプルを調達して頂いた武田彰仁氏

は，母系の遺伝子型を反映しており，その個体が西日本（美郷ほたる館）に感謝の意を表する。また，本稿は大と東日本系統間の交雑個体かどうかは分からない。

場信義博士（大場蛍研究所）との共著で準備をしていた

Kato et al.（2020） は， ゲ ノ ム DNA を 制 限 酵 素 でが，2020 年 1 月末日にご逝去されたので，編集規定によ切断して，その切断部位の近傍の塩基配列を決定してり著者の単著とした。ご生前の先生からのご指導ご鞭撻比 較 す る RAD-Seq（Restriction Site Associated DNAに感謝の意を表する。

Sequence）法によって，ゲンジボタルの全ゲノムの数％の塩基配列を解析した。その結果，ミトコンドリア−4−

鈴木：自然教育園におけるゲンジボタルの遺伝子解析

引用文献

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