植物の熱産生を誘発する環境シグナル受容・伝達機構と適応進化プロセスの解明

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一部の原始的な種子植物には、「光や温度などの環境シグナルを受容して生体内で発熱を誘導する機構」が内在している。発熱植物の大部分はソテツ（裸子植物）とサトイモ科植物（被子植物）が占め、これらの植物はシアン耐性呼吸酵素AOXと呼吸鎖を連携させて発熱を誘導する。しかしながら、AOXはミトコンドリア内膜の内側に埋め込まれた膜タンパク質であり、環境シグナルと熱産生をつなぐ機構は依然として不明である。そこで本研究では、ソテツおよびサトイモ科植物などの主要な発熱植物および発熱形質の異なる近縁属/種を用いて、分子機構と進化プロセスの両面から植物の発熱を誘導する機構の全容解明を目指す。3年目の今年度は、生物系統地理学研究で汎用される生態ニッチモデリングにより、発熱性を持つザゼンソウ（Symplocarpus renifolius）と発熱性がない/微弱なヒメザゼンソウ(S. nipponicus)の過去から現在までの地理的分布および葉緑体DNA・核DNAの系統解析による集団構造を比較から、ザゼンソウの発熱が低温での生存に有利に働いたのかを検証した。その結果、最終氷期において、ヒメザゼンソウの分布は減少し、ザゼンソウの分布は拡大したことが明らかとなった。また、当該2種の集団構造は遺伝的に分節化されており、ザゼンソウの遺伝的多様性はヒメザゼンソウのそれよりも高いことが示された。本研究の結果は、ザゼンソウの花弁の温度上昇が氷河期における分布の拡大に寄与し、寒冷適応による遺伝的多様性が増加したことを示唆するものである。上記の研究と並行して、文部科学省科学研究費助成事業の学術変革領域研究『先進ゲノム支援』と共同で、ザゼンソウおよびヒメザゼンソウ等のゲノム解析研究を推進して、ザゼンソウの新規ゲノム解析およびヒメザゼンソウの全ゲノム再シーケンス解析を行った。