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研究の概要
・自家受精の進化は、チャールズ・ダーウィンの先駆的研究以来、とくに雑種由来の倍数体の植物に多いことが知られていたが、そのメカニズムには謎が多かった。
・倍数体種ミヤマハタザオの自家不和合性遺伝子SCR/SP11の変異を修復することにより、進化を逆流させて、祖先の自家不和合性を復元することに成功した。
・牧野富太郎博士が命名した亜種タチスズシロソウの実験とあわせ、低分子RNAが倍数体種の自家受精の進化を促進した可能性を示した。
・今回の発見を栽培植物に応用すれば、従来困難だった植物種の交配が可能になり、育種への貢献が期待できる。
【背景】
横浜市立大学 清水健太郎客員教授（チューリッヒ大学教授兼任）と三重大学大学院地域イノベーション学研究科 諏訪部圭太教授らの研究グループは、自家受精する植物が持つ遺伝子の変異を実験的に修復して、自家受精を防ぐ祖先植物のメカニズムを回復することに成功しました。
異なる2種間の雑種由来の倍数体植物では他家受精から自家受精への進化が頻繁に見られることが知られていましたが、そのメカニズムは謎に包まれていました（図1左）。そこで、日本を中心に分布する倍数体植物ミヤマハタザオと、牧野富太郎博士が命名したことでも知られる亜種タチスズシロソウをモデル植物＊1として、ゲノム解析と遺伝子導入実験をおこないました。その結果、他家受精植物では低分子RNAを介して片親ゲノム上にある自家受精拒絶システムが抑制されており、遺伝子が1つ変異しただけで自家受精が可能になることを明らかにしました（図1右）。この研究により、自家受精と他家受精のバランスを人為的に調節できる可能性が示され、これまで困難であった植物種の組み合わせでの交配が可能になるなど栽培植物の育種への貢献が期待されます。
本研究成果は、国際科学雑誌「Nature Communications」に掲載されました。
（日本時間2023年11月29日19時）
【論文情報】
タイトル： Dominance in self-compatibility between subgenomes of allopolyploid Arabidopsis kamchatica shown by transgenic restoration of self-incompatibility
著者： Chow-Lih Yew, Takashi Tsuchimatsu, Rie Shimizu-Inatsugi, Shinsuke Yasuda, Masaomi Hatakeyama, Hiroyuki Kakui, Takuma Ohta, Keita Suwabe, Masao Watanabe, Seiji Takayama & Kentaro K. Shimizu
掲載雑誌： Nature Communications
DOI： 10.1038/s41467-023-43275-2
本研究は、文部科学省科研費学術変革領域研究(A)「挑戦的両性花原理」、科学技術振興機構(JST)戦略的創造研究推進事業JPMJCR16O3 （CREST「環境変動に対する植物の頑健性の解明と応用に向けた基盤技術の創出」）、JSPS科研費22K21352（国際先導研究「植物生殖の鍵分子ネットワーク」）、スイス科学財団、チューリッヒ大学学内重点領域「進行中の進化」、チューリッヒ大学・東京大学・京都大学協力プログラムなどの支援を受けて実施されました。
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研究者情報
三重大学大学院地域イノベーション学研究科 教授
諏訪部 圭太（SUWABE Keita）
専門分野：植物分子遺伝学
現在の研究課題：受粉の分子メカニズム アブラナ科自家不和合性の分子機構 雄性生殖器官の分化・発達機構