Molecular basis of morphological evolution in parasitic plant, Cuscuta sp.

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寄生植物は独自の器官や形態・行動能力を獲得してきたが，その進化的な変化を遺伝子レベルで説明できた例は少ない。本研究では，ネナシカズラ属の茎寄生植物が寄生器官を獲得し，根や葉の発達しない独自の形態に進化した過程を遺伝子レベルで理解することを目指している。ネナシカズラ属の茎寄生植物の形態と一般的な被子植物の暗形態との類似性などから，光形態形成の制御機構に着目したアメリカネナシカズラの研究を推進した。約百種の非寄生植物と新たにゲノムが解読された２種を含むネナシカズラ属４種の遺伝子情報を用いた解析を行い，非寄生植物では高度に保存されている光受容体フィトクロムA（PHYA）のPAS1ドメインにネナシカズラ属固有のミスセンス変異があることを確認した。モデル植物のシロイヌナズナでは， PAS1ドメインのミスセンス変異によって暗形態形成が誘導されることが知られており，本研究によって変異型PHYAとネナシカズラ属に固有の形態との関連性を支持する結果を得ることができた。さらにネナシカズラ属ではPHYAのシグナル伝達系で機能するLAF1などの制御因子が欠失していることを明らかにし，ネナシカズラ属のPHYAの制御機構が大きく改変されていることを示唆した。アメリカネナシカズラの包括的な遺伝子発現解析を推進することで，寄生器官である吸器の宿主侵入時における宿主組織の分解とその制御に関わる遺伝子群を同定した。さらにこれらの遺伝子が他の植物種では器官脱離のための遺伝子のオーソログにあたることなどから，吸器の宿主組織の分解機能の起源が器官脱離における組織分解機能であるという結論に至り，この研究成果をFrontiers in Plant Science誌に発表した。また同様に，吸器の各機能が既存の他の植物機能に由来する可能性を示すことで，寄生器官の進化過程の解明のための新たな糸口を見出した。