Discovery Sagaサイレントキーワード俯瞰

Amborella trichopoda / Arabidopsis thaliana / Evo-Devo / RNA-seq / Solanum lycopersicum / インフォマティクス / 進化発生学 / 葉 / 進化 / トランスクリプトーム

本共同研究の基課題では、様々なモデル植物を用いた比較トランスクリプトームにより、葉の獲得に関わった遺伝子を同定し、複数のモデル植物を用いて機能解析を行なう。そのなかで大規模なRNA-seqデータやゲノムデータをバイオインフォマティクスを用いて解析する必要があり、さらにその解析結果をもとに機能解析を行なう予定としている。機能解析を計画しているモデル植物の一つにSolanum lycopersicum（トマト）があるが、トマトは日本国内では様々な理由から、安定的な生育と形質転換体作出は難しい。そのため本共同研究において、University of California, DavisのNeelima Sinha教授と共同でバイオインフォマティクスの解析やトマトを用いる機能解析を行なうこととしていた。
2021年度は昨今のコロナの状況を鑑みて、2022年3月末に渡航の予定としていた。そのため、渡航前は実質的な実験は難しかったため、Sinha教授およびインフォマティクスや統計学を得意とする研究室のスタッフとZoomによるミーティングを定期的に行なった。これにより申請者の解析方法に意見をもらい、最新の情報や解析手法についても渡航前から共有できる体制を整えた。また渡航後は、解析方法について直接Sinha教授などと意見交換を行なった。これらの結果、渡航後にスムースに共同研究を始めることができたと考えられる。

Amborella trichopoda / Arabidopsis thaliana / Evo-Devo / RNA-seq / Solanum lycopersicum / インフォマティクス / 進化発生学 / 葉 / 形態 / 進化 / トランスクリプトーム

本研究計画は、陸上植物において葉の獲得を可能にした分子機構を世界に先駆けて明らかにしようとするものである。応募者は、これまでその詳細が全くの謎であった葉の獲得を可能にした分子機構を、進化学的観点から複数の植物群を選択し、分子生物学的手法、インフォマティクスなどを駆使して、この課題の理解を進める計画である。
2021年度は、前年度に引き続き、複数のモデル植物を用いたRNA-seqとそのデータを用いた解析を行なった。具体的には、それぞれのRNA-seqデータを用いてのDEG解析や、カウントデータを用いた共発現遺伝子ネットワーク（GCN）の構築と、その比較を行なった。これまでに、現存する被子植物の系統樹の中で最基部に位置し、単葉を形成するアンボレラ（Amborella trichopoda）、やトマト（Solanum lycopersicum）のRNA-seqデータを用いて、GCN解析などを行ない、それらの比較を行なってきたが、2021年度は、単葉のモデル植物であるシロイヌナズナ（Arabidopsis thaliana）でもRNA-seqを行ない、GCNの構築や、同じく単葉をもつアンボレラとの比較解析を行なった。
比較の結果、単葉をもつアンボレラとシロイヌナズナの2種の葉原基の遺伝子発現プロファイルは、系統的に離れた2種であっても、その基本的な部分に関しては類似していることが明らかになった。これにより、アンボレラとシロイヌナズナの2種が属する被子植物における単葉の発生プログラムは、被子植物の基部において、その基本的な部分はすでに確立していたことが示唆された。

Amborella trichopoda / Arabidopsis thaliana / Evo-Devo / RNA-seq / Solanum lycopersicum / インフォマティクス / 進化発生学 / 葉 / 形態 / 発生進化

被子植物において葉の獲得を可能にした分子機構を、現存する被子植物の系統樹の中で最基部に位置し、単葉を形成するアンボレラ(Amborella trichopoda)や、単葉のモデル植物であるシロイヌナズナ(Arabidopsis thaliana)などを用いてRNA-seqを行なった。比較の結果、これら2種の葉原基の遺伝子発現プロファイルは、系統的に離れた2種であっても、その基本的な部分に関しては類似していることが明らかになった。これにより、被子植物における単葉の発生プログラムは、被子植物の基部において、その基本的な部分はすでに確立していたことが示唆された。

本研究により、被子植物における単葉発生のメカニズムが、現存する被子植物の系統樹の中で最基部に位置し、単葉を形成するアンボレラ(Amborella trichopoda)とシロイヌナズナとの間で類似していることが初めて示唆された。これを端緒に、これからの解析により、これまで不明であった被子植物の葉の獲得とその進化についての理解が深まると考えられる。