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陸上植物の多くは地下組織において菌根菌と相利共生を営む能力を進化の初期段階で獲得した。一方、一部の植物は菌根共生との共進化により菌類との関係を共生から寄生へと転換してきた。この様な菌従属栄養性を獲得した植物は、菌根菌からの炭素化合物に完全に依存する無葉緑植物へと更に進化する。本研究では、菌従属栄養植物を含む分類群の植物種を中心に新規にゲノムレベルでの解析を行うことで、これまで全く情報が無い菌従属栄養性とその獲得、及び無葉緑化を制御する遺伝子基盤の解明を目的とした。
A) 野生植物種の菌従属栄養性の獲得と無葉緑化に関わる遺伝子の同定：
ツツジ科の独立栄養植物ドウダンツツジと菌従属栄養性の無葉緑植物ギンリョウソウの比較トランスクリプトーム解析を行うことで、無葉緑化に関わる遺伝子の同定を試みた。その結果、ギンリョウソウでは色素体のほとんどの機能を失っており、色素体とペルオキシソームの両方を必要とする光呼吸系なども機能していないと考えられた。また、ギンリョウソウにおいてクロロフィル合成系の遺伝子の1つに機能欠失に関わると考えられる非同義置換を発見した。一方、野生ランであるハマカキランの通常個体とアルビノ個体についてもRNA-seqを行い、アルビノ個体で特異的に発現する遺伝子群を同定した。
B) ラン科植物の菌従属栄養性に関わる遺伝子の同定：
プロトコームにおける共生状態を、ラン科植物に特徴的な共生器官である菌糸コイルの形状を指標に定量化する実験系を新たに構築した。本定量実験系を用いて解析した結果、菌糸コイルの分解は発芽後成長に貢献しておらず、共生している状態であると考えられる健全な菌糸コイルの形成が発芽後成長に重要である事がわかった。人工発芽系を用いて得られた成果とトランスクリプトーム解析の結果を総合し、考察することで、未知のラン科植物における菌根共生系の全体像を今後明らかにしていく。
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