「暮らし」によってかわる植物の気孔のつくり方

ドル 有生(生物科学専攻 博士課程 1年生 *)

古賀 皓之(生物科学専攻 助教)

塚谷 裕一(生物科学専攻 教授)

* 研究当時の学年

 

 


アワ「ゴケ」といってもコケの仲間ではなく,花を咲かせる被子植物である。このアワゴケ属には,いろいろな環境に適応した種が含まれる。アワゴケやアメリカアワゴケは畑や軒下などの地面に生える陸生種であるが,ミズハコベやイケノミズハコベは水辺に生息し,陸上でも水中でも生きることができる水陸両生種である。こうした異なる暮らしをするアワゴケ属の種間で気孔のつくられ方を観察する中で,陸生種と水陸両生種では気孔ができるまでのプロセスに違いがあることを発見した。陸生種では,気孔のもととなる細胞が複数回分裂を繰り返したあとに,気孔を囲む孔辺細胞に分化する。これはモデル植物のシロイヌナズナでもみられる,よく知られた挙動である。しかし水陸両生種では,気孔のもととなる細胞の分裂がおこらず,直接孔辺細胞に分化することがわかった(図a)。じつは今回観察した種類は,陸生同士,水陸両生同士が近縁というわけではない(図b)。そのため,この異なる気孔形成過程は,進化的な類縁関係よりも,陸生か水陸両生か,というその植物の暮らし方と関係していると考えられる。

  図:(a) アワゴケ属の陸生種(上段)と水陸両生種(下段)の気孔発生過程。モデル植物のシロイヌナズナでは上段の気孔発生過程がみられる。(b) 研究に用いたアワゴケ属植物の系統関係。

さらに,どうしてこのような多様性が生まれるのか,その分子的な仕組みについても研究を進めた。ここで注目したのが,SPEECHLESS(SPCH)MUTEという2つの遺伝子である。シロイヌナズナの研究で,これらの遺伝子はどちらも気孔のもととなる細胞ではたらくが,SPCHが先にはたらき細胞の分裂を促進する一方で,MUTEはその後で遅れてはたらき,SPCHの作用を抑えることで,孔辺細胞への分化を促すことがわかっている。これらの遺伝子のはたらくタイミングを陸生種と水陸両生種でしらべたところ,陸生種ではSPCHのあとMUTEがはたらくまでに間があったのに対し,水陸両生種では間髪入れずにMUTEがはたらくことがわかった。つまり,水陸両生種では,SPCHの分裂を促進する機能が発揮される前にMUTEがはたらくため,分裂が起こらないと考えられる。

このアワゴケ属は,発生研究の材料としては特にマイナーな植物で,本稿執筆時点では世界的に見てもわれわれしか扱っていない。さらに,この研究自体は当初まったく意図しておらず,論文筆頭著者の大学院生が別の目的で植物を観察していた際にたまたま発見したことを発端として展開した研究である。このように,世にあまり知られていない生物から,予期せず面白い現象がみつかるのは,基礎研究の醍醐味の一つであり,まさにそれを味わえた研究であった。アワゴケ属の植物はまだ多くの興味深い特徴をもっており,今後も予想外の発見が期待される。

本研究成果は Y. Doll et al ., PNAS 118 (14) e2026351118(2021) に掲載された。

(2021年3月30日プレスリリース)

理学部ニュース2021年7月号掲載



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