Elucidating the Molecular Mechanisms behind the Diverse Behavior of the Stomatal Meristemoid

植物のガス交換を担う気孔の発生過程には種によって大きな多様性がみられる。しかし、こうした多様なパターンが生まれる分子的な仕組みは未解明である。そこで本研究では、オオバコ科アワゴケ属の植物を気孔の進化発生生物学の新たなモデル系として設定し、その属内で気孔幹細胞の分化および分裂にみられる二つの多様性の分子基盤と進化過程を解明することを目的とした。まず、気孔の分化についての多様性、すなわちアワゴケ属の水陸両生種のみが沈水時に気孔の分化を著しく抑制する現象については、これまでに取得したRNA-seqデータの解析と、解析から見出した気孔発生に関連すると推測される候補遺伝子の発現解析を本年度中に完了した。その結果、シロイヌナズナで気孔発生に関する機能が未知である複数の遺伝子について、実際にアワゴケ属の気孔系譜細胞で発現することを発見した。次に、気孔の分裂についての多様性について、本年度は、アワゴケ属における遺伝子発現解析から導いたモデル（Doll et al., 2021. PNAS）を、シロイヌナズナにおける遺伝子操作により検証する実験を進めた。本年度で形質転換体の解析は完了し、結果として、アワゴケ属で立てたモデルを支持する結果が得られた。すなわち、鍵転写因子の発現を早く、または遅くすることにより、気孔幹細胞の分裂が少ない、または多い系統を得ることができた。この成果は論文としてまとめ国際誌に投稿したほか、プレプリントとしてbioRxivに公開した。また、本項目の研究内容および関連する古典的研究と最新の研究動向をまとめた総説論文を発表した（ドルほか, 2022. Plant Morphology）。

植物のガス交換を担う気孔の発生過程には種によって大きな多様性がみられる。しかし、こうした多様なパターンが生まれる分子的な仕組みは未解明である。そこで本研究では、オオバコ科アワゴケ属の植物を気孔の進化発生生物学の新たなモデル系として設定し、その属内で気孔幹細胞の分化および分裂にみられる二つの多様性の分子基盤と進化過程を解明することを目的とした。まず、気孔の分化についての多様性、すなわちアワゴケ属の水陸両生種のみが沈水時に気孔の分化を著しく抑制する現象については、これまでに取得したRNA-seqデータの解析と、解析から見出した気孔発生に関連すると推測される候補遺伝子の発現解析を本年度中に完了した。その結果、シロイヌナズナで気孔発生に関する機能が未知である複数の遺伝子について、実際にアワゴケ属の気孔系譜細胞で発現することを発見した。次に、気孔の分裂についての多様性について、本年度は、アワゴケ属における遺伝子発現解析から導いたモデル（Doll et al., 2021. PNAS）を、シロイヌナズナにおける遺伝子操作により検証する実験を進めた。本年度で形質転換体の解析は完了し、結果として、アワゴケ属で立てたモデルを支持する結果が得られた。すなわち、鍵転写因子の発現を早く、または遅くすることにより、気孔幹細胞の分裂が少ない、または多い系統を得ることができた。この成果は論文としてまとめ国際誌に投稿したほか、プレプリントとしてbioRxivに公開した。また、本項目の研究内容および関連する古典的研究と最新の研究動向をまとめた総説論文を発表した（ドルほか, 2022. Plant Morphology）。