植物の茎葉をモデルとした、平行進化メカニズムの解明

2001 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 12440242
• 研究機関: 岡崎国立共同研究機構
• 研究代表者: 長谷部 光泰 岡崎国立共同研究機構, 基礎生物学研究所, 教授 (40237996)
• 研究分担者: 藤田 知道 岡崎国立共同研究機構, 基礎生物学研究所, 助手 (50322631) ; 塚谷 裕一 岡崎国立共同研究機構, 統合バイオサイエンスセンター, 助教授 (90260512) ; 村田 隆 岡崎国立共同研究機構, 基礎生物学研究所, 助教授 (00242024)
• キーワード: KNOX / ヒメツリガネゴケ / 胞子体 / 配偶体 / 世代交代 / オーキシン / 極性輸送 / シュート

研究概要

ヒメツリガネゴケのクラス1KNOX遺伝子PpKNOX1の発現様式を遺伝子ターゲティング法により遺伝子末端にGUS遺伝子、遺伝子前端にGFP遺伝子を導入することにより調べた。その結果、PpKNOX1-GUSおよびGFP-PpKNOX1融合タンパク質はともに胞子体世代にのみ発現し、茎葉を形成する配偶体世代には全く発現していないことがわかった。この結果からヒメツリガネゴケ配偶体世代の茎葉は被子植物胞子体の茎葉とは異なった分子機構よって形成維持されている可能性が高い。シロイヌナズナでPpKNOX1遺伝子を過剰発現させた結果、シロイヌナズナクラス1KNOX遺伝子を過剰発現させたときと同じように葉に切れ込みが生じた。このことから、ヒメツリガネゴケには茎葉が形成されないが、すでにKNOX遺伝子は被子植物と同じ機能を持っていることがわかった。ヒメツリガネゴケに茎葉ができないのはシロイヌナズナでKNOX遺伝子の制御する遺伝子群が無いためである可能性が高い。当初予定した実験に加え被子植物胞子体とコケ植物セン類(ヒメツリガネゴケ、ウマスギゴケ、タマゴケ)茎葉体・胞子体でオーキシンの作用機作を比較した。その結果、(1)オーキシン応答性はヒメツリガネゴケ茎葉体と被子植物胞子体では異なっている。一方、ヒメツリガネゴケ胞子体での発現は、被子植物の胚発生時に良く似ていた。(2)ヒメツリガネゴケゲノムにもオーキシン応答コア配列が存在し、オーキシンに応答して遺伝子発現を調節していることがわかった。(3)セン類3種の茎葉体ではオーキシンの極性輸送が検出できなかったが、胞子体では被子植物胞子体と同じように極生輸送があった。以上の結果より、セン類茎葉体は被子植物胞子体とは異なった分子機構によって形態形成が行われており、外見上類似した茎葉構造は、異なった分子機構を用いた平行進化によって産まれてきた可能性が高い。

研究成果

• [文献書誌] Shindo, S., Sakakibara, K., Sano, R., Ueda.K., Hasebe.M.: "Characterizatin of a FLORICAULA/LEAFY homologue of Gnetum parvifolium and its implications for the evolution of reproductive organs in seed plants"Int. J. Plant Sci.. 162. 1199-1209 (2001)
• [文献書誌] Himi, S., Sano, R., Nishiyama, T., Takahashi, T., Kato, M., Ueda, K., Hasebe, M.: "Evolution of MADS-box gene induced by FLO/LFY genes"J. Mol. Evol.. 53. 387-393 (2001)
• [文献書誌] Hiwatashi, Y., Nishiyama, T., Fujita, T., Hasebe, M.: "Establishment of gene-trap and enhancer-trap systems in the moss Physcomitrella patens"Plant J.. 28. 1-14 (2001)
• [文献書誌] Sakakibara, K., Nishiyama, T., Kato, M., Hasebe, M.: "Isolation of Homeodomain-Leucine Zipper Genes from the Moss Physcomitrella patens and the Evolution of Homeodomain-Leucine Zipper Genes in Land Plants"Mol. Biol. Evol.. 18. 491-502 (2001)