Digestive enzymes of carnivorous plants: generality for origin, evolution and gene expression

2022 Fiscal Year Final Research Report

• Project/Area Number: 20K06777
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
• Allocation Type: Multi-year Fund
• Section: 一般
• Review Section: Basic Section 45020:Evolutionary biology-related
• Research Institution: Waseda University
• Principal Investigator: Ohyama Takashi 早稲田大学, 教育・総合科学学術院, 教授 (60268513)
• Project Period (FY): 2020-04-01 – 2023-03-31
• Keywords: 食虫植物 / 消化酵素 / 遺伝子発現 / エピジェネティクス / モウセンゴケ / 捕虫葉

Outline of Final Research Achievements

We clarified that the digestive fluid of Drosera adelae contains at least 26 species of proteins, including S-like ribonuclease DA-I, cysteine protease (named CYSP1), β-1, 3-glucanase (GLU1), class I chitinase (CHI1), hevein-like protein (HEL1), thaumatin-like protein (TLP1) and two S1 type nucleases (DAN1 and DAN2). All proteins except the DAN2 were found to be expressed only in the glandular tentacles. Furthermore, gene expressions of the da-I, Cysp1, Glu1 and Hel1 were suggested to be epigenetically regulated by promoter DNA methylation. Importantly, the current study also showed that proteins that are present in the digestive fluids of carnivorous plants are closely related with the proteins that are secreted from roots of non-carnivorous plants.

Free Research Field

進化生物学

Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements

食虫植物の祖先は、長い年月をかけて「昆虫などを捕らえるための器官」と「捕らえた獲物を消化・吸収する能力」を獲得したと考えられている。最近になって一部の食虫植物のゲノム配列が解読され、食虫植物の進化・系統学的な位置やゲノムの特徴などが明らかになり始めた。しかし、捕虫器官の形成に関わる遺伝子はまだ同定されていない。一方、我々の研究により獲物の消化に関わる機能が進化的にどのように獲得されたかが明らかになり始めた。本研究により、消化液中の酵素やタンパク質の種類、機能、遺伝子発現とその制御機構などに関して多くの新知見が得られた。当該分野におけるその意義は大きく、関連分野にも大きな波及効果があると考える。