『「ダーウィンが提唱した自殖の進化」を解く鍵は花粉遺伝子の変異』という研究成果をNatureに発表
シロイヌナズナが自殖性になった原因は、花粉側自他識別因子の変異だった
所属:生態システム生命科学専攻・植物生殖遺伝分野
名前:渡辺正夫
URL:http://www.ige.tohoku.ac.jp/prg/
近交弱勢を防ぎ、植物種の多様化に寄与したしくみのひとつである「自殖」と「他殖」を制御する「自家不和合性」。 表記研究では、その自家不和合性の自他識別遺伝子であるSCR(SP11)遺伝子の変異が、アブラナ科植物シロイ ヌナズナを自殖可能な自家和合性種に進化させたことを証明し、またそのSCR(SP11)遺伝子に起き遺伝子変異を 改変することで再び自家不和合性にすることに世界で初めて成功し、国際科学誌Natureの電子版(Advance Online Publication, AOP)に発表しました。この成果は、本研究科・植物生殖遺伝分野・五十川祥代大学院生、 諏訪部圭太博士研究員、渡辺正夫教授と、スイス・チューリヒ大学の土松隆志大学院生、清水健太郎准教授ら国 内外の8つの大学との共同研究によるものです。
自由に移動することができない植物は、様々な環境に適応する能力を進化させてきました。このような遺伝的多 様性は進化の素材となるものであり、「自家不和合性」はその維持機構のひとつといえます。自家不和合性は、自 己花粉を排除し、非自己花粉で受粉・受精するシステムで、様々な植物種が有しています。アブラナ科植物の祖 先はもともと自家不和合性で、現在では自家不和合性の種(しゅ)と自家和合性の種が知られています。しかしなが ら、どのような過程を経てシロイヌナズナが自家和合性になったのか、その進化にはどのような遺伝子が関係して いるのかという問題は、現在まで謎でした。
今回、シロイヌナズナでめしべ側自家不和合性因子であるSRK遺伝子が機能している系統を見出し、花粉側自家 不和合性因子のSCR(SP11)遺伝子内において生じていた2つの変異を人工的に修復し、SRKが機能系統に遺伝 子導入しました。その結果、自家和合性であったシロイヌナズナを自家不和合性にすることに、世界で初めて成功 しました。
ダーウィンは1876年に、交配相手が少ない条件下では自殖が繁殖に有利な性質となるという仮説を提唱していま した。今回明らかにした遺伝子配列から、シロイヌナズナの自家和合性の広まった時期を推定したところ、氷河期 と間氷期の周期によって分布が急速に変化し、交配相手が少なかったと考えられる時期に一致することがわかり ました。この結果はダーウィンの仮説を裏付けるものです。
この研究は英国・科学雑誌「Nature」電子版(Advance Online Publication, AOP): (http://www.nature.com/nature/index.html)に、日本時間4月19日午前2時(ロンドン時間の4月18日午後6時)に掲載されました。
Tsuchimatsu, T*., Suwabe, K*., Shimizu-Inatsugi, R., Isokawa,S., Pavlidis, P., Stadler , T., Suzuki, G., Takayama, S., Watanabe, M+, & Shimizu, K.K.+ (2010) Evolution of self-compatibility in Arabidopsis by a mutation in the male specificity gene. Nature (doi:10.1038/nature08927). *:2名がいずれも第一筆頭者, +:責任著者
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私たちは、アブラナ科植物の自家不和合性の分子機構を研究しています。S遺伝子の実体解明には、これまで、モデル植物のシロイヌナズナを使うことは困難でした。しかしながら、今回の実験の成果からシロイヌ ナズナを使って、より高速に、遺伝子解析が可能となり、S遺伝子の認識後、どの様なシグナルが雌しべの細胞内に伝達され、自己花粉管の侵入ができなくなるのか、あるいは、非自己と認識された花粉がどのようなメカニズムで、花粉管が乳頭細胞に侵入するのかという点に関して、シロイヌナズナで解析できます。
そこで、こうした点を明らかにするために、遺伝学、植物学の基礎を持ち、分子生物学の素養を有した学生さんと一緒に研究できることを希望します。ぜひ、渡辺まで、ご連絡ください。