水辺に生育する植物である水草の仲間には、水中でも陸上でも育つことのできる水陸両生の種が知られています。水陸両生種ではしばしば、同一個体でも、陸上で成長している時と水中で成長している時とで、劇的に異なる形態の葉を作ることが知られています。この能力は异形叶性と呼ばれ、古くから研究者の興味を引いてきました。しかし、どうして全く異なる葉の形を作ることができるのか、その仕組みについては詳しく知られていませんでした。国立大学法人東海国立大学機構 黑料网大学院生命农学研究科の榊原 均 教授らの本研究グループは、東京大学大学院理学系研究科生物科学専攻の古賀 皓之 助教、塚谷 裕一 教授を中心とし、顕著な异形叶性を示すオオバコ科の水草ミズハコベを用いて、异形叶性の制御機構について研究を進めました。
ミズハコベは陆上では卵形の陆上叶を、水中ではリボン状の水中叶をつけます。この水中叶は、叶を构成する各细胞が细长く成长することで作られます。本研究グループは、水中叶の细胞成长には植物ホルモンのエチレン（注２）やジベレリン（骋础）（注３）の作用が必要であることを示しました。また一方で、别の植物ホルモンであるアブシシン酸（础叠础）（注４）の内生量の减少も必要であることがわかりました。しかし、これらのホルモンの変化だけでは、陆上で成长している植物に水中叶を作らせることはできないこともわかりました。水中叶の形成には、水中にいることで引き起こされる、なんらか别の因子も必要なことが示唆されます。
さらに研究グループは、複数の栽培条件での遺伝子発現パターンを網羅的に比較した上、加えて异形叶性をもたない近縁種とも遺伝子発現パターンを比較することで、异形叶性に深く関わる遺伝子群を絞り込みました。これらの遺伝子のうちいくつかは、モデル植物シロイヌナズナで細胞伸長に関与することが知られているものでした。こうした遺伝子群が複合的に働くことにより、劇的な葉の発生様式の変化を引き起こしていると推定されます。
この成果は、米科学誌『The Plant Cell』で公開されました。
◆ オオバコ科の水陸両生植物（注１）ミズハコベが、水中と陸上とで葉の形を変える現象「异形叶性」の分子基盤を明らかにした。
◆ ミズハコベの异形叶性には複数の植物ホルモンが関わっていることを明らかにし、さらにその下流で葉の形態の制御に重要な役割を果たす遺伝子群を絞り込んだ。
◆ 异形叶性は複数の被子植物の系統で独立に進化しており、ミズハコベの系統においても、独自の仕組みで异形叶性が進化してきたことが示唆された。植物の水辺環境への適応の仕組みを知る手がかりとなる。
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（注１）水陆両生植物
水辺に生育する植物（水草）の生活型のひとつ。完全水生の水草は水中では成长できるが、陆上では乾燥して死んでしまう。また、通常の陆生植物は、水中では成长が着しく阻害され、生存できない。しかし水陆両生の水草は、水中でも陆上でも成长することができるため、水位が频繁に変动するような环境で有利に生存できると考えられる。
（注２）エチレン
植物ホルモンの一种で、常温で気体。种子の発芽促进、茎の伸长抑制、果実の成熟促进、花や叶の老化?脱落促进などのはたらきがある。気体であるため、水中では植物体外への放出が着しく阻害される。
（注３）ジベレリン（骋础）
ある種の植物ホルモンの総称で、一般に生長軸の方向への 細胞伸長促進、種子の発芽促進や休眠打破の促進、 老化の抑制等に関わっている。
（注４）アブシシン酸（础叠础）
植物ホルモンの一種。休眠や生長抑制、気孔の閉鎖などを誘導する。 また乾燥などのストレスに対応して合成されることから「ストレスホルモン」とも呼ばれる。
雑誌名：The Plant Cell
論文タイトル：Identification of the unique molecular framework of heterophylly in the amphibious plant Callitriche palustris L.
著者： Hiroyuki Koga*, Mikiko Kojima, Yumiko Takebayashi, Hitoshi Sakakibara, Hirokazu Tsukaya
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