東北大学大学院生命科学研究科 分子化学生物学専攻 分子ネットワーク講座 植物分子育種

アブラナ科植物の自家不和合性とは

めしべには、自分の花粉と自分以外の花粉を識別できる能力があります。自分以外の花粉とだけ交配し、自分同士で交配しないための仕組みです。

このしくみを「自家不和合性」と呼びます。

私たちは「自家不和合性」のしくみが備わっているアブラナ科植物を研究対象としています。アブラナ科といえば「菜の花」を思い浮かべますが、他にも「キャベツ」、「ハクサイ」、「ブロッコリー」、「ダイコン」などの馴染みのある野菜も、同じアブラナ科の植物です。

めしべは、自分に付着した花粉をどうやって見分け、自分の花粉を拒絶しているのか、つまり、彼氏からの情報が彼女にどのように情報伝達されているのかを、遺伝学の手法を使い、分子レベルで解き明かすことができればと考えています。

研究対象のアブラナ科の植物

研究対象のアブラナ科の植物

現在までの研究であきらかになっているもの

めしべと花粉、それぞれに何らかの因子があり、それが相互作用をすることが「自家不和合性」の認識反応であると考え、めしべ側・花粉側それぞれの因子を特定する研究が進められました。長年の研究の末、それぞれの因子を特定する成果を得ています。

めしべ側因子=「SRK」遺伝子
花粉側因子=「SP11」遺伝子

また、自家不和合性のS対立遺伝子間で生じる「優劣性」がDNAのメチル化によって制御されているという成果も最近得ました。

これらは渡辺正夫教授のほか、奈良先端大・磯貝教授、高山教授、大阪教育大・鈴木准教授、東北大・鳥山教授、三重大・土屋准教授、作物研・川岸主任研究官などとの共同研究によるもので、、国際雑誌「Nature, Science, Nature Genet.,PNAS, Plant Cell, Plant J, Genetics, FEBS Lett」などに多くの論文発表をしてきました。

この研究のこれから

めしべ側・花粉側それぞれの因子を特定することで「自家不和合性」の自他認識部分、つまり入口の部分に関しては明らかになりましたが、それ以降の細胞内シグナル伝達経路や自家花粉の拒絶反応の分子機構は明らかになっていません。

「SRK」と「SP11」がどのように相互作用し下流因子へ情報を伝達しているのか、または、この両者の反応がどのようにして安定した自家不和合性に結びつくのか分子レベルで解析されなければなりません。さらに、優劣性発現の分子機構も明らかにする必要があります。

今後はそれらを明らかにし、従来まで「経験と勘」で行なわれていた品種改良・新品種開発などに遺伝子レベルの知見を加えて、育種効率の発展に貢献することができると思います。

研究キーワード

自家不和合性キーワード

植物における自他識別モデルシステム、S遺伝子、低分子ペプチド(SP11)、受容体型キナーゼ(SRK)、細胞内情報伝達、対立遺伝子間での優劣性、遺伝的多様性の維持、機能崩壊による他殖から自殖への進化

科学者の卵養成講座 植物新種誕生原理 JSSV