今回の成果は、ナス科植物ペチュニアの自家不和合性において花粉因子として機能するS-遺伝子座F-boxタンパク質（SLFs）を、次世代シーケンサーを用いた花粉トランスクリプトームの大量解析によって徹底的に探索した結果をまとめたもので、班友・清水博士との共同研究の成果です。

　植物の自家不和合性（SI）システムは、自己/非自己を識別し、自殖を防いでいます。既知のSIシステムは、全て単一の雄性−雌性因子間での自己特異的な結合を介して不和合性反応を誘起し、自殖を抑制するものでした。一方、ナス科植物では、雌しべに発現する単一の雌性因子S-リボヌクレアーゼ（S-RNases）を、花粉に発現する複数の雄性因子SLFsが非自己特異的に解毒することで他殖を促進していることを、これまでの研究において明らかにしてきました。しかしながら、そのような非自己認識システムが、いくつのSLFコンポーネントによって構成されているのか、判っていませんでした。

　今回、網羅的な遺伝子解析から、個々の花粉は16~20種類のSLFsを持つことを明らかにしました。これらのSLFsが分担して協調的に非自己S-RNaseの認識にあたることで、50種類以上ある非自己S-RNaseのほぼ全てが解毒可能であることを、形質転換実験と簡単な数理モデルに基づいて示しました。さらに、1億2千万年以上の長い年月をかけてS-RNaseとSLFsが共進化してきたこと、多数のSLFsの獲得に際し、遺伝子重複と遺伝子交換が重要な役割を果たしてきたことを示唆しました。また、各々のS遺伝子は自己S-RNaseを認識するSLFsを獲得しない方向に進化していること、逆に獲得した場合は自家和合性株に変異することを、新たな証拠に基づき示しました。

　本論文で論じている雌雄因子間の相関は、病原性因子と抵抗性因子の相関関係と酷似しており、相関遺伝子群の共進化過程を探るための優れたモデル系となることが期待されます。本成果は、Nature Plantsの創刊号に掲載され、本研究で扱ったペチュニアの花の写真が表紙に選ばれました。現在オープンアクセス中ですので、ご一覧いただければ幸いです。

Gene duplication and genetic exchange drive the evolution of S-RNase based self-incompatibility. 

Kubo, K., Paape, T., Hatakeyama, M., Entani, T., Takara, A., Kajihara, K., Tsukahara, M., Shimizu-Inatsugi, R., Shimizu, K.K., Takayama, S.

Nat. Plants (2015) 1: 14005. 

http://www.nature.com/articles/nplants20145

山元は、2014年12月12日にアルカディア市ヶ谷（東京）にて開催された標記の講演会で招待講演を行いました。講演タイトルは、『フェロモンと性行動−ハエとヒトは同じか』。その中で、両種の性行動の基盤には脳の性的二型があることを、さまざまな実験データを示して論じました。

 

図：講演要旨集の表紙

Drosophila melanogaster（キイロショウジョウバエ）の雄成虫には、腹部第5節の背板に付着する一対の筋肉、ローレンス筋（Muscle of Lawrence: MOL）が存在します。MOLは、支配運動ニューロンが雄決定因子のFruitless（Fru）タンパク質を発現する時にのみ形成される雄特異的筋肉です。同じDrosophila属の種でも雄がMOLを持たない種が多数あり、またMOLを二対持つD. subobscuraも存在します。この種差の原因を特定するため、fru遺伝子プロモータ5'側配列約6kb領域をD. subobscuraからクローニングし、D. melanogasterに導入して、その配列を用いてfruの強制発現を行ったところ、雌にMOLが形成されました。D. melanogasterの対応する配列にはMOLを誘導する能力はありません。そこで種間キメラの配列を作成することで、MOL誘導能を持つゲノム領域を1.5kbの範囲に狭めることに成功しました。今後は、さらにこの範囲に含まれるどのモチーフがMOL誘導に関わるのかを決定することが急務です。

 

出典：Takayanagi, S., Toba, G., Lukacsovich, T., Ote, M., Sato, K. and Yamamoto, D. A fruitless upstream region that defines the species specificity in the male-specific muscle patterning in Drosophila. Journal of Neurogenetics (in press).

 

図：D. melanogaster雄のMOL