Mechanism to drive the evolution of non self-recognizing loci controlling plant reproduction

2020 Fiscal Year Final Research Report

• Project/Area Number: 18K06178
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
• Allocation Type: Multi-year Fund
• Section: 一般
• Review Section: Basic Section 43050:Genome biology-related
• Research Institution: The University of Tokyo
• Principal Investigator: Kubo Ken-ichi 東京大学, 大学院農学生命科学研究科(農学部), 特任助教 (60403359)
• Project Period (FY): 2018-04-01 – 2021-03-31
• Keywords: 自他識別 / 協調的非自己認識 / 自家不和合性 / 分子進化 / ゲノム生物学

Outline of Final Research Achievements

Long-read sequencing was performed on the genomic DNA of Petunia (Solanaceae). We obtained accurate contigs containing more than 100 kb peripheral region of the alleles of the pistil-expressed S-RNase and the pollen-expressed multiple SLFs gene, which control the specificity of self-incompatibility.
Comparison of peripheral regions of S-genes between different S-haplotypes revealed the evidences of large-scale genomic recombination and translocation between S loci. We suggest that the S locus has evolved through recombination between large genomic fragments to acquire SLF genes that are convenient for self and non-self discrimination.

Free Research Field

植物分子生物学

Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements

自他識別特異性を維持するためには、雌ずい側因子と花粉側因子はユニットとして遺伝する必要がある。そのため、これまでS遺伝子座内では、組換えが抑制されていると考えられてきた。しかしながら、実際にはナス科のS遺伝子座はSハプロタイプ間での組換えを積極的に利用し、より効率的に非自己S-RNaseを解毒するSLFレパートリーを獲得し、受精の効率を最適化していることが判った。動物の獲得免疫にも似たメカニズムを、植物が集団レベルでどのように進化させてきたのか、理解が深まったと言える。植物がどのように生物多様性を持続させているのか、重要な知見を得ることができた。