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マメ科に代表される一部の植物は、根に「根粒」と呼ばれる器官を形成することにより、土壌バクテリアの根粒菌と共生することが知られている。根粒共生が成立するためには、根粒の器官形成が進行することに加えて、感染糸と呼ばれる特徴的な構造を介して根粒菌が根粒原基に侵入することが必要不可欠である。
本課題は、ミヤコグサを材料にして、根粒原基が形成される過程と根粒菌の感染過程を制御する分子メカニズムを解明することを目的に研究を行った。根粒の初期発生におけるオーキシンの役割を調べる研究においては、細胞レベルでの詳細なオーキシン応答パターンと根粒形成の正および負の制御因子との相互作用を明らかにし、根粒の初期発生におけるオーキシンの作用点を同定した。また、細胞分裂の進行段階に依存して皮層細胞増殖を制御する新たな制御系が存在することを見出した。
さらに、根粒形成や感染糸形成に異常を示す様々なミヤコグサの突然変異体を単離し、原因遺伝子を特定した。中でも、tricot(tco)変異体は根粒形成の異常に加えて、茎頂メリステムの維持も異常となることがわかった。TCO遺伝子はカルボキシペプチダーゼをコードし、シロイヌナズナの茎頂メリステムの維持制御に関わるALTERD MERISTEM PROGRAM 1と高い相同性を示すことから、根粒と茎頂メリステム形成の制御に共通した機構が存在する可能性が示唆された。他の先行研究結果と合わせると、高等植物の進化の過程で、茎頂メリステム形成に関わる遺伝子を根粒形成に流用したことが、主にマメ科が根粒形成という新奇形質を獲得するに至った一因となった可能性が考えられ、根粒原基・感染糸形成の遺伝的制御機構のみならず、根粒形成の進化基盤に対する理解が深まった。
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