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維管束植物の栄養器官である葉は、葉身の形によって、大きく複葉と単葉の2タイプに分類される。葉の形態の違いには、KNOX、LFY、PHANなどの形態制御遺伝子が関与する。多くの被子植物において、葉の形態の違いは葉算法でのKNOX遺伝子の発現およびPHAN相同遺伝子との相互作用により制御される。例外として、エンドウを含むマメ科植物では、複葉形態はKNOX遺伝子の代わりにLFY相同遺伝子により制御されており、被子植物の葉の形態形成に2つの制御系が存在することが分かってきた。本研究では、シダ植物と原始的被子植物における2タイプの形態の違いがどのように制御されるのか明らかにするためシダ植物からは羽状複葉を持つシケシダと単葉を持つヘラシダの、原始的被子植物はスイレン科のハゴロモモの各遺伝子の発現解析を行った。
原始的被子植物 ハゴロモモの複葉と単葉では、LFY相同遺伝子の発現量に違いは見られなかったが、KNOX遺伝子とPHAN相同遺伝子に有意な差が見られた。KNOX遺伝子は複葉で発現を示しだのに対し、単葉では全く発現が見られなかった。このことからハゴロモモの葉の形態はKNOX遺伝子とPHA相同遺伝子により制御されていると考えられた。
シダ植物 複葉と単葉においてKNOX遺伝子の発現量に差は見られなかったが、LFY相同遺伝子に有意な差が見られ、シダ植物において、2タイプの葉の形態の違いはLFY相同遺伝子の発現量の違いにより制御されていると考えられた。
被子植物とシダ植物では異なるメカニズムにより葉の形態が制御され、シダ植物の葉と種子植物の葉が独立に進化してきたと示唆された。つまり、維管束植物の共通祖先であるトリメロフィトンからシダ植物、種子植物に至る系統が分かれた後に、それぞれの系統で異なる葉の形態形成メカニズムにより葉が形成され、進化した可能性が考えられた。
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