水辺に生育する植物である水草の仲間には、水中でも陸上でも育つことのできる水陸両生の種が知られています。水陸両生種ではしばしば、同一個体でも、陸上で成長している時と水中で成長している時とで、劇的に異なる形態の葉を作ることが知られています。この能力は異形葉性と呼ばれ、古くから研究者の興味を引いてきました。しかし、どうして全く異なる葉の形を作ることができるのか、その仕組みについては詳しく知られていませんでした。東京大学大学院理学系研究科生物科学専攻の古賀 皓之助教、塚谷 裕一教授を中心とする本研究グループは、顕著な異形葉性を示すオオバコ科の水草ミズハコベを用いて、異形葉性の制御機構について研究を進めました。
ミズハコベは陸上では卵形の陸上葉を、水中ではリボン状の水中葉をつけます。この水中葉は、葉を構成する各細胞が細長く成長することで作られます。本研究グループは、水中葉の細胞成長には植物ホルモンのエチレンやジベレリン（GA）の作用が必要であることを示しました。また一方で、別の植物ホルモンであるアブシシン酸（ABA）の内生量の減少も必要であることがわかりました。しかし、これらのホルモンの変化だけでは、陸上で成長している植物に水中葉を作らせることはできないこともわかりました。水中葉の形成には、水中にいることで引き起こされる、なんらか別の因子も必要なことが示唆されます。
さらに研究グループは、複数の栽培条件での遺伝子発現パターンを網羅的に比較した上、加えて異形葉性をもたない近縁種とも遺伝子発現パターンを比較することで、異形葉性に深く関わる遺伝子群を絞り込みました。これらの遺伝子のうちいくつかは、モデル植物シロイヌナズナで細胞伸長に関与することが知られているものでした。こうした遺伝子群が複合的に働くことにより、劇的な葉の発生様式の変化を引き起こしていると推定されます。
発表者
古賀皓之（東京大学大学院理学系研究科 生物科学専攻 助教）
小嶋美紀子（理化学研究所 環境資源科学研究センター 専門技術員）
竹林裕美子（理化学研究所 環境資源科学研究センター テクニカルスタッフ）
榊原均（名古屋大学大学院生命農学研究科 教授／ 理化学研究所 環境資源科学 研究センター 客員主管研究員）
塚谷裕一（東京大学大学院理学系研究科 生物科学専攻 教授）
詳細は東京大学 大学院理学系研究科・理学部のホームページをご覧ください。
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理化学研究所 広報室 報道担当
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