【進化】姿はまるで葉のような枝「仮葉枝」の進化の過程をはじめて明らかに　東大

東京大学は3月13日、形態学的、発生学的、そして分子生物学的手法を用いて、アスパラガス属が有する葉状の
器官である「仮葉枝(かようし)」の起源は枝であり、本来、葉で働く遺伝子群が枝に流用されたことで葉状の
形となったこと、さらにその流用された遺伝子群の使い方が変わったことで、仮葉枝の形が属内で変化したと
いうことを、解明したと発表した。成果は、東大大学院理学系研究科生物科学専攻の塚谷裕一教授らの研究
グループによるもの。詳細な研究内容は、「THE PLANT CELL」誌オンライン版に3月13日付けで掲載された。

植物は知られているだけでも25〜30万種といわれる程に数多くの種が存在し、その形は多様だ。この植物の
形の多様性は、主に茎と葉、そしてそれらを作る芽からなる地上部の形の多様性といい換えることができる。

この地上部の形作りのメカニズムに関する研究分野は、植物の中でもモデル植物を中心に特に進んでいる分野だ。
近年、モデル生物で得られた知見をもとに、生物の形の多様性や、それに関わる進化の過程を、分子生物学的
手法を用いて明らかにしようとする「進化発生学」が盛んになり、さまざまな成果が報告され始めている。

アスパラガス属の植物は葉が鱗片状に小さく退化し、その代わりに枝を生じるべき位置に仮葉枝と呼ばれる
葉のような器官を作る(図1)。まるで葉のような形をしたこの器官は、主たる光合成器官としての役割を担って
いるため、仮葉枝は見た目だけでなく、その機能も葉との類似点を有しているといえよう。


画像1。アスパラガス属植物の各器官の配置と一般的な植物における配置との比較。仮葉枝は一般的な植物に
おいて枝ができる位置に生じる。一般的な植物の例はシロイヌナズナ
http://news.mynavi.jp/news/2012/03/15/009/images/001l.jpg

しかし、まさに葉のようでありながらも、その生じる位置から判断すると枝であり、そのためこの特徴的な
器官については、果たして本当に枝が変形したものなのかなど、古くから植物形態学者の議論の対象となってきた。
結論は出ないままで、その進化の分子生物学的背景はおろか、詳細な発生過程も明らかになっていなかったと
いうのが、現状である。

また、アスパラガス属内に目を向けても、仮葉枝の形は種ごとに違いがあり、多様化している点が特徴的だ(画像2)。
そのため研究者の間では、アスパラガス属の仮葉枝は、植物における地上部の独自な器官の獲得と、その形の
多様化の過程とを明らかにできる興味深い研究対象であるとされている。

そうした理由から、研究グループは仮葉枝の発生、およびその多様化の過程を理解することを目的として
研究を開始した次第だ。

（本文>>2以降に続く）

▽記事引用元　マイナビニュース（2012/03/15）
http://news.mynavi.jp/news/2012/03/15/009/index.html

▽東京大学プレスリリース
http://www.s.u-tokyo.ac.jp/ja/press/2012/14.html

▽THE PLANT CELL
「Acquisition and Diversification of Cladodes: Leaf-like Organs in the Genus Asparagus.」
http://www.plantcell.org/content/early/2012/03/12/tpc.111.092924.abstract

(>>1続き)

アスパラガス属内における仮葉枝の形の違い。画像2(左)は「クサナギカズラ」。まるで葉のような姿をしている。
画像3は食用アスパラガス。食用アスパラガスの仮葉枝は棒状だ。Barは1cmを表す
http://news.mynavi.jp/news/2012/03/15/009/images/002l.jpg
http://news.mynavi.jp/news/2012/03/15/009/images/003l.jpg

研究グループは、まず仮葉枝の発生過程を理解するために、属内で最も系統的に基部に位置し(以前は系統樹上
で最も分岐が古いものを「原始的」とすることがあったが、現在は「基部」という用語が使われている)、
基本となるクサナギカズラ(画像2)の仮葉枝の発生が調べられた。

その結果、仮葉枝の内部構造は葉のように表と裏で異なる分化をしていることが判明。また仮葉枝は、
その発達中の細胞分裂のパターンで見ると、枝の場合と異なり、葉で見られるような細胞分裂パターンを示す
ことも確認された。

形態学的および発生学的に見て、仮葉枝は葉との類似点が多いことが明らかとなったのである。ただし、
維管束における木部と師部の位置が葉とは異なることから、葉そのものとは異なる器官であることもわかった次第だ。

さらに、仮葉枝の発生の際の遺伝子発現パターンが調査された。その結果、仮葉枝では枝が発達する時に働く
遺伝子と、葉で働く遺伝子の両方が発現していることが明らかになった。仮葉枝で見られた葉で働く遺伝子の
発現パターンは、葉で見られるパターンと非常によく似ている点は、興味深いと研究グループではコメントしている。

以上の結果から、仮葉枝という器官の起源はまさに枝であり、その枝に葉の性質が付加された器官であることが
確かめられたというわけだ。

以上を踏まえて研究グループは、アスパラガス属内における仮葉枝の形の進化を明らかにするために、
形の異なる仮葉枝を持つ食用アスパラガスについても同様の解析を実施。その結果、食用アスパラガスの棒状
(円筒形)の仮葉枝は、葉を平らにするための遺伝子の働き方が変化することで、棒状になっていると推定された。

複数のモデル植物を用いた解析の結果、一般的な植物において葉が平らになるためには、葉の表と裏が分化する
ことが必要であり、その境界面が伸展することで葉が平面となることが示されている。

つまり、平面であるから表と裏ができるのではなく、表と裏の区別ができて初めて、葉は平面となり得ると
いうわけだ。そのため、葉の表側あるいは裏側の分化に関わる遺伝子の発現が乱れる(あるいはなくなる)変異体
などでは、表裏の境界面ができないために葉が平面とならず、円筒形(棒状)になることが知られている。

今回の研究で調べた食用アスパラガスの仮葉枝は、葉の裏側の分化を促進する遺伝子が仮葉枝の中で優勢に
なっていた(つまり仮葉枝すべてが裏側になっていた)。そのため、仮葉枝の表裏の境界面ができずに棒状と
なったと推察されるというわけだ。

以上のアスパラガス属2種を用いた、解剖学的、発生学的、そして分子生物学的な解析から、アスパラガスの
仮葉枝は、葉の発生に関わる遺伝子群が枝に流用されることで、まるで葉のように平らになったのだと考えられる。
さらにそれが、属内の種分化と進化の過程で、別の種では葉を平らにする遺伝子の使われ方が変化し、棒状の
仮葉枝となったと推測された(画像4)。


画像4。今回の結果から考えられるアスパラガス属の仮葉枝の獲得および形の多様化の過程を示した模式図。
アスパラガス属植物と一般的な植物の体制を模式的に示している
http://news.mynavi.jp/news/2012/03/15/009/images/004l.jpg

今回の研究は、植物における独自の器官の獲得とその多様化の過程を明らかにした極めて稀な例だ。
研究グループは、今後、葉で働く遺伝子の仮葉枝における寄与をより詳細に明らかにすること、また葉で働く
遺伝子群の内、どれが仮葉枝の形作りのカギだったのか、などを明らかにすることが課題とコメントしている。

（以上本文引用ここまで）

ほー。そうかよー。

アスパラガスはベーコン巻きが一番

じつは鳥の翼はもともと腕だったんだよ
パンダの６本目の指は肉球だったんだよ

例えば人間の肝細胞も心筋細胞も同じ遺伝子セットを持っている。
なのに肝臓は肝臓として、心臓は心臓として働いてくれている。
どうしてそんなことができるのか。
遺伝子の発現の制御が、それを担っているのでしょう。

ふむ、ナギイカダは仮葉枝をもつが、
枝の遺伝子と葉の遺伝子が同時に発現しているのが分かっている。

アスパラガスのも仮葉枝もメカニズムは大体同じだったのか。ほう。

さて、クモランの根ではどんな遺伝子が働くのであろうか？

にしても、このメカニズムって応用できればの話だが、
果実を作らせる遺伝子群を、植物体に発現すると、
最初から、果実を作り出せるんじゃね。

種をまいたら、果実が直接生えてくるようなイメージだ。

>>8
ミネラルはともかく栄養はどうすんだ？
ブドウ糖を大量に与えるってか？

「仮葉枝(かようし)」の起源も韓国ﾆﾀﾞ。

東大って必要か？

>>9
んー、あまり考えてない。
成長中は普通の植物で、食害防止にとげだらけで、
時期が来ると全身が一斉に果実になるほうがよいのか？

アスパラガス・スマイラックス(クサナギカズラ)だと
葉っぱらしい体裁というか機能を取り戻しつつあるようだ

因みに葉っぱの刻みというか細い葉が集まったような
種類は、雨量が多い土地へ適応した種類が多い
(例：ヤシ、シダ・・・)

進化の秘法

＞１３クサスギカズラな

>>7
クモランの根は葉とは関係ない気がするが
葉緑体なら他の着生ランの根にも発達してるし

記事の文体がかなり塚谷さんっぽい（読点の多さ、体言止め、〜というわけ、〜という次第）
プレスリリース見てないけどそのまま転載してるのかなｗ

どういうメリットがあってこんな変化したの？

なんとなく、変わらなくっちゃと思ったとか？

始めはマツバランみたいな茎だけだったのに、頑張って根っことか葉っぱとか作ったのにね。
結局茎を葉っぱみたいにしちゃった。
蘭なんかもせっかく胞子から種子に苦労して変えたのに、また胞子みたいな役立たずの種子になっちゃうし。

お次はネギの棒状の葉っぱを頼む。

>>8
腐成植物、ラフレシアとかウツボグサとか、そんな感じじゃネ？

出戻りって事か？

ひよるな！

日和ってる訳ではないが、植物の進化は
曖昧でスピードが穏やか。
だから、いろんな段階の植物が一緒に存在する。
現段階で一番原始的な樹木であるソテツとかイチョウとかが、一番進化してるランとかキク科が一緒に生えてたりとか。

面白いよね。アスパラガスの仮葉枝なんかもそうだし、なんでわざわざ葉っぱを退化させて枝を葉っぱ状にしたとかさ。

アスパラガスがそこまで言われたらユーフォルビアや
サボテンの立場が無くなるわな

これ読んで思うのだが、進化発生学って、単に遺伝子のはたらきだけじゃ説明がつかないのでは。
なんで丸くなったり平たくなったりっていう話はしないんかな。

>>26
そういうのはモデル生物の発生学でやってるんじゃない？

【植物】植物の葉が表裏方向ではなく横方向に生長する仕組みを解明　基礎生物研
http://anago.2ch.net/test/read.cgi/scienceplus/1331450095/