Research Abstract

食虫植物フクロユキノシタのゲノムから明らかになった、食虫性に関連する遺伝的変化

Genome of the pitcher plant Cephalotus reveals genetic changes associated with carnivory

2017年2月6日 Nature Ecology and Evolution 1 : 59 doi: 10.1038/s41559-016-0059 (2017)
食虫植物フクロユキノシタのゲノムから明らかになった、食虫性に関連する遺伝的変化
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食虫植物は動物を栄養源として利用しており、その食虫性に関連する形質の起源や進化については長年の疑問となっている。今回我々は、食虫性の分子基盤を調べるため、異形葉性の食虫植物フクロユキノシタ(Cephalotus follicularis)のゲノム塩基配列を解読し、さらに、捕虫葉と非捕虫葉(平面葉)の発生の切り替えを制御することに成功した。この2種類の葉のトランスクリプトームを比較し、遺伝子レパートリーを解析することにより、被食者の誘引、捕獲、消化および栄養素吸収に関連する遺伝的変化が明らかになった。フクロユキノシタが分泌する消化液タンパク質と、それ以外の系統で独立に食虫性が生じた3種の食虫植物の消化液タンパク質を分析した結果、ストレス応答性のタンパク質群が繰り返し転用され、収斂的なアミノ酸置換と相まって、消化生理機能が獲得されたことが分かった。これらの結果は、植物の食虫性進化のために取り得る道筋が限られていたことを意味している。

Kenji Fukushima, Xiaodong Fang, David Alvarez-Ponce, Huimin Cai, Lorenzo Carretero-Paulet, Cui Chen, Tien-Hao Chang, Kimberly M. Farr, Tomomichi Fujita, Yuji Hiwatashi, Yoshikazu Hoshi, Takamasa Imai, Masahiro Kasahara, Pablo Librado, Likai Mao, Hitoshi Mori, Tomoaki Nishiyama, Masafumi Nozawa, Gerg ő Palfalvi, Stephen T. Pollard, Julio Rozas, Alejandro Sanchez-Gracia, David Sankoff, Tomoko F. Shibata, Shuji Shigenobu, Naomi Sumikawa, Taketoshi Uzawa, Meiying Xie, Chunfang Zheng, David D. Pollock, Victor A. Albert, Shuaicheng Li & Mitsuyasu Hasebe

Corresponding Author

福島 健児
基礎生物学研究所(現コロラド大学)

Victor A. Albert
University at Buffalo

Shuaicheng Li
BGI-Shenzhen

長谷部 光泰
基礎生物学研究所

Carnivorous plants exploit animals as a nutritional source and have inspired long-standing questions about the origin and evolution of carnivory-related traits. To investigate the molecular bases of carnivory, we sequenced the genome of the heterophyllous pitcher plant Cephalotus follicularis, in which we succeeded in regulating the developmental switch between carnivorous and non-carnivorous leaves. Transcriptome comparison of the two leaf types and gene repertoire analysis identified genetic changes associated with prey attraction, capture, digestion and nutrient absorption. Analysis of digestive fluid proteins from C. follicularis and three other carnivorous plants with independent carnivorous origins revealed repeated co-options of stress-responsive protein lineages coupled with convergent amino acid substitutions to acquire digestive physiology. These results imply constraints on the available routes to evolve plant carnivory.

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