2017 年度バイテク情報普及会主催高校生科学教育大賞実施報告

江戸時代滝台野の薬園にリンドウは栽培されていたのか～リンドウ属の野生種と園芸種の違いを遺伝子配列から読み取る～
千葉県立薬園台高等学校

１ はじめに教諭 古賀直子

２ 実施計画

本校の校章はササリンドウを意匠としたものだが（図１）、これは江戸時代中期，校舎のある一帯には幕【7 月中旬】＜研究内容説明会＞
場所／薬園台高校、講師：本校職員

府直轄の薬園があり、リンドウが栽培されたことに因研究支援による新たに加える調査研究部分の説明んでいる。江戸幕府の享保の改革で行なわれた政策の会を行なう。目的、内容、期待される効果についてひとつに薬草栽培と薬園の開発があった。下総小金牧

説明を行なう。の「滝台野」とよばれていた地に薬園を開いたことが【7 月下旬】】＜講義＞

薬園台の始まりである。日本で確認できるリンドウ科

場所／東邦大学、講師：大学職員

リンドウ属（Gentiana）は 17 種 3 変種、固有種は 8

本研究に向けての予備実験（機器の説明と実験の種 3 変種である。ササリンドウはリンドウ【G. scabra操作）1 日目：本校で栽培しているリンドウをサン

var. buergeri】の別名で本州以南の山地に自生し、冷プルとして PCR 法を学ぶ。

涼な気候を好む。本研究は、本校が平成 26 年に国立

2 日目：DNA 解析手法についての講義。

研究法人科学技術振興機構のサイエンス・パートナー【7 月～11 月】＜調査＞

シップ・プログラムで採択された際の「ササリンドウ

場所／薬園台高校を中心とした広範囲にわたる地域，の生態と分子生物的手法による系統解析」の講座から＜実験＞東邦大学，講師：東邦大学職員、TA得られた疑問をさらに詳しく調査研究しようと始めた。
前研究から、リンドウが本校周辺では夏を越せず生育できないことがわかっている。しかし、本校の校章の野外調査とサンプル処理【8 月～10 月上旬】＜講義＞
場所／岩手大学、公益財団法人岩手生物工学研究セ

由来は先に記した通り、「薬園台でリンドウが栽培されンター 講師：大学職員たこと」とあるので結果に相違がある。そこで、（１）

リンドウ生産量日本一の岩手での取り組みと育種

薬園台周辺にリンドウは分布していたが、温度や塩害などの環境変化により生育できなくなった、（２）園芸について講義と現地視察【9 月下旬，10 月中旬】＜発表＞

種だから生育できなかったという 2 つの仮説をたてた。

場所／千葉大学

調査実験方法は（１）現在の千葉県船橋～北総地域の第 11 回高校生理科研究発表会，第２回国際研究発

リンドウの分布、（２）リンドウの野生種の遺伝子配列表会（英語）にてポスター発表。に着目し，他種と比較，（３）リンドウの野生種と園芸種の葉緑体 DNA の違いを調べ，野生種と園芸種の系

３ 実施内容統解析を行い，考察した。また本研究は，先端技術を【6 月 30 日(金)～7 月 19 日(水)】募集

取り入れ，本校で栽培できるリンドウをつくることを普通科、園芸科より募集した。普通科 1 名、園芸科

視野に入れ，保護・保全活動に繋がることを期待して

生徒 3 名の申し込みがあった。
【7 月 20 日(木)】説明会 11：00～12：00行った。

これまでの研究の成果と本研究の内容と東邦大学理学部生物学科植物生態学研究室の下野綾子先生に先端技術の講義や遺伝子解析について、その手法を講義や実験で学ぶことを説明した。また、調査の実施日、および成果発表の日時の確認を行った。
本校校章

【8 月 2 日(水)】事前学習 座学 9：00～14：00
薬園台の歴史、バイオテクノロジーとはなにか、その方法や実験に使用する器具の使い方を学んだ。
【8 月 19 日(土)9：30～12：00】事前学習 実験【8 月 20 日(日) 13：00～15：30】事前学習 実験【10 月 21 日(土)】野外調査 台風 21 号の影響で中止【10 月 22 日(日)】千葉大学次世代才能スキップアッププログラム 第 2 回国際研究発表会
台風 21 号の警報発令のため中止【10 月 29 日(日)】野外調査 天候不良のため中止

19 日、20 日両日とも蛍光タンパク質遺伝子組換え

この後、予定していた 11 月 8 日(土)も天候不良のたキット（リバネス）を活用した組み換え実験を実施

め中止した。この結果、今年度の自然状態でのリンし、前回の事前学習で説明した内容を確認した。

ドウの観察が出来なかった。
【2 月 18 日(日)】千葉大学次世代才能スキップアップ【8 月 28 日(月)】東邦大学 13：00～14：20

プログラム 第 3 回国際研究発表会

本校で栽培しているリンドウ（園芸種）と以前に採第 2 回国際研究発表会が台風で中止であったため、取したフデリンドウと思われるものと種類不明なリ第 3 回に参加した。事後学習としてその成果をまとンドウをサンプルとして使用した。

め、英語にてポスター発表を行った。

DNeasyを使ったDNA抽出の後、DNAの濃度測定、PCR を行った。次の機器などを使用した。

４ おわりに＜機器など＞恒温器、遠心機、マイクロピペット、チ研究の手法について、バイテク情報普及会の助成やップ、乳鉢、ハサミ、チューブホルダー、東邦大学理学部の協力ならびに生物学科植物生態学研～の 1.5mL チューブ、氷、マジック、チ究室の下野先生のご指導で、先端技術が学ぶことがでップを捨てるビーカー

き、リンドウについての研究を飛躍的に進めることが＜試薬の用途＞できた。参加した生徒は、1 年生～3 年生と幅があり、DNA 抽出用の界面活性剤、タンパク質学習の内容も専門的ではじめて学ぶ生徒が多く、戸惑変性剤、DNA 析出剤、DNA 洗浄剤、っていたが、互いに教え合う姿も見られた。実験につDNA 溶解剤、すべて緩衝液に溶かしていてもはじめて手にする器具や機器があり、生徒アン使用した。

ケートでは難しかったという意見が多かった。しかしその反面、おもしろかった、やりがいがあったなどという声もあった。
全体的にほぼ計画通りに進められたと思うが、当初、今年度予定していた岩手大学や公益財団法人岩手生物工学研究センターでのリンドウ生産の取り組みと育種

東邦大学で DNeasy の方法を学ぶ【8 月 29 日(火)】東邦大学 13：00～16：00

についての講義や現地視察は、日程が調整できず、実施が出来なかった。再度、次年度以降に調整を試みた

PCR の結果を電気泳動にて確認した。塩基配列の決いと思う。また、野外調査において三度の天候不良に定方法、解析方法を座学後、コンピュータを活用し会い、自然状態でのリンドウを観察することが出来なて行った。

かったことは非常に残念であった。以前の調査では、【9 月 30 日(土)】千葉大学主催第 11 回高校生理科研
究発表会

ポスター発表を行った。

数が減少傾向にあったため、継続的に調査を進めていきたかった。今後の展望として、リンドウ栽培の普及活動や本校生徒の他により多くの地域住民に「薬園台」という土地の名の由来を知ってもらうための方策を考え、地域貢献に努めたいと考えている。
５ 謝辞
この研究活動はバイテク情報普及会の援助によって実施できた。ここに記して感謝の意を表します。

第 11 回高校生理科研究発表会

江戸時代滝台野の薬園にリンドウは栽培されていたのか～リンドウ属の野生種と園芸種の違いを遺伝子配列から読み取る～
千葉県立薬園台高等学校
西村佳納（３年）

椋本 舞（２年）

橋本

栞（２年）

宍倉香奈（１年）

動機
本校の校章はササリンドウをモチーフとしたものである。前回の研究ではこの事に興味を持ち、現在の本校の環境下ではリンドウの生育は難しいことがわかっている。今回は前回の研究を引き継ぎ、（１）園芸種だから生育できなかった。（２）薬円台周辺にリンドウは分布していたが、温度や塩害などの環境変化により生育できなくなった。という二つの仮説を立てた。
（１）園芸種だから生育できなかった。 ・・・ A （２）薬円台周辺にリンドウは分布していたが、温度や塩害などの環境変化により生育できなくなった。 ・・・ Bとして実験調査に取り組んだ

A－1）リンドウ（竜胆）とは
リンドウは本州、四国、九州に分布し、日当たりの良い草原や斜面に自生する多年草。根茎は淡黄色で、ひげ根を多数つける。茎は直立し、高さ 30～60cm。
葉はササの葉のような披針形で先が尖り、対生で長さ4～12 ㎝。薬草としても知られているが、現在では園芸リンドウ(園芸種)的改良が盛んで多くの品種が見られ、観賞用とても流通している。リンドウ生育に良い土壌は、水はけがよい酸性土壌。水切れしてしまうと根の方から腐ってしまうが水の頻度を多くし過ぎると、多湿のせいで根が腐ってしまうため土の表面が乾いたら水を与えなければいけない。

B－1）薬園について※調べていくうちにリンドウは環境変化によって生育できなくなったのではなく、地形的な問題が主であるのではないかと考えた。
正伯は滝台野（現在の薬円台町 1 丁目と薬円台 1 丁目～6 丁目の範囲）の薬園の開発と薬草の栽培を指導し、太右衛門は滝野台に移り住み開発にあたった。
栽培された薬草の種類など、薬園の経営は不明。また、のちに薬園は廃止され薬園台新田（正伯新田・正伯）となるが、いずれの時期も不明。
2)薬園台高校の位置と周囲の地形の特徴
中央部に標高 27～28.5cm の平たんな地域が広がり、そのへりは標高 28.5～30ｍ傾斜地によって取り囲まれ、本校の敷地はこの傾斜地に位置する。（図）薬円台集水域の出口は習志野駅付近のみである。
薬円台集水域(国土地理院 HP の基盤地図情報 5m メッシュ DEM）を本校地学部が加筆）

リンドウ栽培2)遺伝解析
手順 リンドウ３種（園芸品種：アシロリンドウ、種類不明なリンドウ、野生種：フデリンドウと思われるもの）を次の方法で遺伝解析する。
速やかに葉を処理

まず、DNeasy による DNA 抽出後、DNA 濃度を測定する。DNA を増幅するための PCR（ポリメラーゼ連鎖反応）の後、アガロースゲルで 100V,15 分電気泳動を行なう。次に塩基配列を調べるために、Y リス
トにて学名を検索する。NCBI のサイトにアクセスして、塩基配列を FASTA形式ファイルにて取得する。次に MEGA による系統を調べる。具体的には、葉緑体ゲノム上の rbcL 遺伝子と matK 遺伝子の塩基配列を利用する。これは DNA の塩基配列によって生物を同定する方法で DNA バーコーディングとよばれる手法である。

３）結果
詳しくは不明であるが、江戸時代に本校を中心として広い範囲で薬園の開発が進められていた。薬園の周辺は標高 28.5～30ｍの傾斜地となっており、本校はその斜面部分に位置している。
考察rbcL遺伝子

matK遺伝子•リブロース1，5-ビスリン酸カルボキシラーゼ/オキシゲナーゼを構成するLサブユニット（大サブユニット）の遺伝子。
•還元型ペントースリン酸回路を有するすべての原核、真核光合成生物に含まれる。
•植物の種を識別するバーコード領域としてよく利用される。増幅させる断片は約600bp。

•maturaseという、自身を含むイントロンを切り取る酵素をコードしている。
•約1500bp•rbcL,ともに植物の種を識別するバーコード領域としてよく利用される。

Ａでは（1）の仮説の証明のため本校周辺生息するリンドウの遺伝子配列と他県から採取したリンドウの遺伝子配列を比べて本校周辺のリンドウに手が加えられていないか（園芸種）を調べる途中であり、他県から採取したリンドウの遺伝子配列を調べた今、今後の結果次第である。
Ｂについて本校は標高 28.5～30ｍ傾斜地によって取り囲まれている地形のため、水が溜まりやすく水はけが悪いと考える。そのため、リンドウに適した土壌ではない可能性が高い。

3）結果 アガロースゲル電気泳動
500～600bp 付近に強いバンドがみられた。検体は 3 つともほぼ同じ位置にみられた。（図１）
サイズマーカー①サイズマーカー②種類不明なリンドウ③②同様④アシロリンドウ⑤⑥フデリンドウと思われるもの⑦サイズマーカー

今後の展望
Ｂの結果から薬園が廃止された理由として、薬園が置かれた場所は地形からリンドウの生育に適さない土壌だった為と推測される。野生種と園芸種との系統はDNA の配列に変化は見られないことから、周辺のリンドウも同じ系統だと考えることができるが、さらに調査を重ねる必要である。
引用
・地学教育と科学運動７７号(２０１６年９月) ｐ２９
・ヤサシイエンゲイ

http://yasashi.info/ri_00009g.htm・自分で採れる薬になる植物図鑑
①②③

④ ⑤⑥⑦

・野草の名前ｐ３３２、ｐ３３３

2017 年 9 月 24 日

ｐ１８５
・本校実施 DNA 講座資料

図１．泳動像MEGA による遺伝系統解析
3 つのリンドウは全て、rbcL の配列、matK 領域の塩基配列ともにリンドウの DNA と一致した。エゾリンドウとは 1 塩基の違いであった。
不明のリンドウ 2 種は、DNA 配列からフデリンドウ思われる種と同じ遺伝子配列だということが分かった。園芸品種と野生種には DNA 配列にさほど変化が見られなかった。

謝辞
本研究は、バイテク情報普及会の科学教育支援を受けた。また、東邦大学理学部生物学科植物生態研究室下野綾子先生にはリンドウ属の遺伝解析について詳しく教えていただいた。さらに薬園台高校地学部顧問斉藤尚人先生には、薬園台周辺の地質データを提供していただいた。ご支援、ご協力をいただいた皆さまにに感謝申し上げます。