Evolutionary processes of roots from subterranean stems in lycophytes

2023 Fiscal Year Final Research Report

• Project/Area Number: 21H02553
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
• Allocation Type: Single-year Grants
• Section: 一般
• Review Section: Basic Section 45030:Biodiversity and systematics-related
• Research Institution: Hokkaido University (2022-2023); Osaka City University (2021)
• Principal Investigator: Yamada Toshihiro 北海道大学, 理学研究院, 教授 (70392537)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 中村 英人 北海道大学, 理学研究院, 助教 (00785123) ; 小松 俊文 熊本大学, 大学院先端科学研究部(理), 教授 (40336201) ; 藤浪 理恵子 京都教育大学, 教育学部, 准教授 (40580725) ; LEGRAND Julien 静岡大学, 理学部, 助教 (60737534)
• Project Period (FY): 2021-04-01 – 2024-03-31
• Keywords: 小葉類 / ヒカゲノカズラ / 根の起源

Outline of Final Research Achievements

To test the hypothesis that the root in lycophytes is a stem that acquires a root cap, we observed root development in the extant Lycopodium clavatum. Our observations revealed that the first root with chloroplasts emerges near a branching point of the stem. This primary root branches multiple times to form third- or fourth-order roots, which exhibit distinct meristematic characteristics and cell division dynamics compared to the primary root. These findings suggest that the first root is homologous to the stem. Furthermore, we searched for the oldest root fossils lacking a root cap from the Silurian to the Devonian in northern Vietnam and Japan. We discovered the oldest plant fossils in Asia in Vietnam, as well as the oldest ones in Japan. However, we did not find the oldest root.

Free Research Field

進化古植物学

Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements

すべての植物は根を持つが、根がどのように起源したのかは長らく謎だった。私たちは、植物の中で最初に根を獲得した小葉類に着目し、それら根が地下茎と相同であることを初めて明らかにした。また、ヒカゲノカズラの根は分枝するにつれ、茎的性質を徐々に失い、根としての性質を確立することを明らかにした。つまり、小葉類は、他の植物とは異なり、根と茎との中間的器官を保持していることになる。この成果は、現生小葉類が他の植物とは異なる体制を持つことを示す点で、驚くべきものである。一方、日本最古の植物化石群の発見は研究の副産物的なものであるが、日本の植物史の理解に大きく貢献した。