花の相称性を支配する遺伝的メカニズムとその進化機構の解明

阐明控制花对称性的遗传机制及其进化机制

基本信息

批准号：
03J06945
负责人：
福田達哉
金额：
$ 2.11万
依托单位：
Tohoku University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for JSPS Fellows
财政年份：
2003
资助国家：
日本
起止时间：
2003 至 2005
项目状态：
已结题

项目摘要

本研究では植物の形態進化を直接司る遺伝的背景を明らかにする進化発生学的研究として、花の相称性の進化や同花被花植物が一般的である単子葉植物における異花被花の進化に関して、形態形成遺伝子を対象とした研究を現在行ってきた。花の相称性に関しては、形態形成のモデル植物であるキンギョソウなどで花の相称性を支配することが明らかになったcycloidea(cyc)遺伝子に注目し、それらと系統的に離れたマメ科植物の花から相同遺伝子の単離、および発現解析を行った。その結果、マメ科植物が進化した後にcyc相同遺伝子が重複を繰り返したために、現在のマメ科植物に見られる複雑な左右相称花が進化した可能性が高いことを示した。さらに、マメ科植物におけるcyc相同遺伝子の発現パターンを明らかにするために、in situ hybridizationを行った結果、単離された複数の遺伝子のうち2つの遺伝子が、キンギョソウで明らかになっているcycの発現パターンと類似することが明らかになった。これらをもとに、被子植物で繰り返し進化している花の左右相称性に関して、cyc相同遺伝子の役割についての仮説を提唱した。また単子葉植物における同花被花と異花被花の分化に関しては、モデル植物で提唱されている花のABCモデルをもとに、同花被花や異花被花などの系統的に離れた分類群から花弁形成に関わるBクラス遺伝子群と呼ばれるglobosa)(glo)相同遺伝子とdeficiens(def)相同遺伝子を単離し、萼片および花弁において発現パターンの比較を行った。その結果、同花被花ではBクラス遺伝子が萼片形成領域まで発現が拡大しているのに対し、異花被花においてはBクラス遺伝子のうちdef相同遺伝子の発現が、萼片形成領域で見られない点で異なることが明らかとなった。これらの結果から、共通してみられるdef相同遺伝子の発現パターンの変化と異花被花の進化の相関について仮説を提唱した。

在这项研究中，我们将研究花对称性的进化，以阐明直接控制植物形态进化的遗传背景。关于进化，我们目前正在进行针对形态发生基因的研究。关于花的对称性，我们重点关注了 cyc 基因，该基因已被证明可以控制金鱼草等形态发生模型植物中的花对称性，并研究了与这些基因在系统发育上较远的豆科植物中的 cyc 基因。从花中分离出同源基因并分析其表达。结果表明，现代豆科植物中看到的复杂的两侧对称花很可能是由于豆科植物进化后，cyc同源基因的重复复制而进化出来的。此外，为了明确豆科植物中cyc同源基因的表达模式，进行了原位杂交，发现分离的多个基因中的两个基因与金鱼草中的cyc同源，表明表达模式相似。基于这些发现，我们提出了关于 cyc 同源基因在花双边对称中的作用的假设，该基因在被子植物中反复进化。此外，关于单子叶植物中相同花被花和不同花被花的分化，基于为模型植物提出的花的ABC模型，系统地分离了相同花被花和不同花被花的分化。）同源基因和缺陷（def）同源基因，被称为来自分类群的参与花瓣形成的B类基因组，并比较了它们在萼片和花瓣中的表达模式。结果，在同一花被花中，B类基因的表达延伸至萼片形成区域，而在不同的花被花中，在萼片形成区域观察到B类基因中的def同源基因的表达。很明显，存在一些差异。基于这些结果，我们提出了关于常见 def 同源基因表达模式变化与异花花被片进化之间相关性的假设。