共同研究報告書提出

共同研究報告書

研究区分	一般研究
研究課題	植物標本を利用したダフリカ系カラマツ複合種の分布と遺伝資源利用実態の解明
新規・継続の別	継続（平成28年度から）
研究代表者／所属	北海道立総合研究機構林業試験場
研究代表者／職名	研究主任
研究代表者／氏名	石塚航

研究分担者／氏名／所属／職名
	氏　　名	所　　属	職　　名
1	原登志彦	北大低温研
2	小野清美	北大低温研
3	田畑あずさ	北大低温研

研究目的	北方系針葉樹カラマツ属のダフリカカラマツ複合種（Larix gmelinii complex）はユーラシア大陸極東部に広く分布し、寒冷環境への幅広い適応ポテンシャルがある。このうちの一種グイマツは、最終氷期に北海道でも分布が認められたものの、地域絶滅した経緯がある。一方、現在は千島列島とサハリンから北海道へとグイマツが導入されて林業用樹木の1種として遺伝資源利用されている。これまでに、北海道にあるグイマツの遺伝的変異を調べてきたが、本共同研究においては、有用な遺伝的系統、未利用の遺伝資源の探索・効率的な利用のため、グイマツの天然分布域全体から収集された植物標本を用いた遺伝解析と遺伝資源利用実態の解明を目的とする。

研究内容・成果	遺伝解析の対象としたのは、北海道大学総合博物館の植物標本庫に所蔵されているグイマツ標本18点、ならびにダフリカカラマツ複合種の別変種として整理されている8点ののべ26点とした。これらは、昨年度までにDNAの抽出と予備的な遺伝解析によるDNA状態の確認が済んでいる。また、標本収集年は1917年から2012年と幅がある。さらに、遺伝解析には現生の遺伝資源個体61点も供することとした。これらのうち14点については個体由来地（自生地）の情報が確かで、千島列島やサハリン、あるいはユーラシア大陸を由来としている。また、遺伝資源個体の中には、外群としてニホンカラマツも含めた。続いて、遺伝解析のためのマーカー開発を行った。これまでに申請者らが明らかにしてきた葉緑体DNA上の変異のうち、一部を選出して解析することとした。選出の際には、SNP（一塩基多型）であること、遺伝子配列上の変異であること、系統グループ検出の手掛かりとなりうること（個体特異的な変異ではない）、を条件とし、15変異を選んだ。この変異をはさむようにマーカー開発をしたが、その際には、解析に供する植物標本にDNAの断片化が危惧される100年以上前の古いものが含まれていることから、増幅断片長が100～150bp程度となるように設計した。これら多検体かつ複数箇所のDNA変異情報を効率的に取得するため、次世代シーケンサーを活用したマルチシーケンス法を用いた遺伝解析を実施した。具体的には、開発した15マーカーを用いて標的とする複数のDNA領域の配列をPCR増幅し、個体特異的なバーコード配列を付して混合し、それらの標的配列の断片を次世代シーケンサーによって網羅的に解読した後、アセンブルによって標的配列を復元し、各個体・各領域で遺伝子型を取得するものである。本解析での遺伝子型検出率は高く、葉緑体領域では現生個体で99.9％、標本でも98.4％あり、100年以上前の標本も遺伝子型を決定できた。遺伝子型からは14ハプロタイプが検出され、ハプロタイプネットワークからはダフリカカラマツ複合種の中に、大きく7系統グループがあることがわかった。このうち1つは、未検出ハプロタイプを含み、本種の種分化上の祖先型と推測された。他の6系統グループの地理的分布を生育地情報に基づいて整理すると、1）千島型、2）千島・サハリン共有型、3）サハリン南部型、4）朝鮮半島型、5）極東型、6）広範型（中心はサハリン南部）となった。サハリン内でも北から南にかけて系統の主構成が変わっていることがわかった。これにより、従来不明だったグイマツの系譜を、遺伝情報から大まかに整理することができるようになった。現生個体を分類したところ、多くはサハリン南部型だったものの、有用系統の中には他グループに分類されるものも見つかった。成果をもとに多様な遺伝的系譜の有効利用が図れると考えられた。

成果となる論文・学会発表等	石塚航・松尾歩・陶山佳久・新田紀敏・田畑あずさ・小野清美・原登志彦 (2020) 植物標本とマルチシーケンス技術が紐解く北方樹種グイマツの系統分化と利用，第67回　日本生態学会大会， P2-PB-175，名城大学　愛知. 石塚航・北村系子・原登志彦・後藤晋 (2019) トドマツ葉緑体ゲノムの解読と種内変異の評価，森林遺伝育種学会第8回大会， 7，東京大学　東京.