ソーク科学者らによる研究で、長年の疑問「花はどこから来るの?」に答えが得られる

2001 年 6 月 14 日

ソーク科学者らによる研究で、長年の疑問「花はどこから来るの?」に答えが得られる

2001 年 6 月 14 日

カリフォルニア州ラホーヤ – バラ、カーネーション、チューリップにはそれぞれ独特の感触、見た目、香りがありますが、共通の特徴があります。それは、花の花びらが周囲を飾り、生殖器が花の中心にあることです。

実際、これまでにカタログ化されたほぼすべての顕花植物は、これと同じパターンに従っています。 最近まで科学者たちはこれがどのようにして起こったのか理解していませんでした。

現在、ソーク研究所の准教授デトレフ・ヴァイゲル率いる植物生物学者たちは、この謎の根源に到達した。

Cell誌の15月XNUMX日号に掲載された研究で、Weigelらは、花の模様形成にはWUSCHELまたはWUSと呼ばれる同じ遺伝子が利用されていると報告している。この遺伝子は茎や葉を形成する苗条の模様形成に不可欠であることを科学者らはすでに知っていた。

この発見は、花の進化に関する長年の疑問の解決に役立つだけでなく、より大きな果実の生産という実用的な応用も可能になる可能性があります。

「果実は花の中心から生まれるので、関係する遺伝子間の相互作用を調整できれば、花の中心でより大きな果実を作ることができるでしょう」とワイゲル氏は言う。

ワイゲル主導の研究は、LEAFY遺伝子が花の発生の「マスタースイッチ」であることの同定に至った彼の研究室での以前の研究に基づいている。 ソークの研究者らは、新芽を花に変えるにはLEAFYそのもので十分であることを示した。 この発見は、作物の花や果実の生産促進など、多くの潜在的な農業用途を示唆するだけでなく、花が葉の改変されたものであることも示した。

まだ発見されていないのは、事実上すべての花に見られる共通のパターンを引き起こしたものであり、その主要な器官タイプであるがく片、花弁、雄しべ、心皮が XNUMX つの同心円状の輪または渦巻き状に配置されているということです。

「人々はこれを理解するのに苦労しました」とワイゲル氏は言う。 「ほとんどの人は、このパターン化がゼロから進化したものだと考えていました。 私たちはそれが間違いであることに気づきました。」

研究の中で、ワイゲル氏のチームは、新芽の周辺から中心を決定するのに役立つWUSが、花の模様の制御にも機能することを示した。 ここでは、LEAFYと連携してAGAMOUSと呼ばれるさらに別の遺伝子を活性化します。 この後者の遺伝子は、花の内部、生殖器官の発達を指定します。

「基本的に、それが機能するのは、花を新芽とは異なるものにする、LEAFYというXNUMXつの要素があるということです」とWeigel氏は言いました。 「そして、中心と周辺を区別する別の要因である WUS がありますが、花の特異性とは何の関係もありません。」 しかし、その後、両方を足し合わせて、花の中心に特別な印を付けることになります。」

興味深いことに、科学者たちは、花の寿命が限られているのに、茎や枝が何年も成長し続けることができる理由も発見しました。 それは、AGAMOUSが花の発育の後期段階でWUSを停止させるためです。

「WUS は独自の抑制因子を誘導するため、花が永遠に成長しないようにするために、花と新芽の間のこの非常に重要な違いを特定することに関与しています」と Weigel 氏は述べています。

理論的には、蛇口で冷水とお湯を混ぜるのと同じように、これら XNUMX つの遺伝子間の相互作用を調整して、継続的に開花する植物を遺伝子操作できる可能性がある、と同氏は付け加えた。 その結果、たとえば、より多くの心皮が生成される可能性があります。

「大きなトマトは、通常のトマトよりも多くの心皮を作ることで生まれます」とヴァイゲル氏は言います。 「つまり、これら XNUMX つの遺伝子の相互作用を何らかの方法でいじることができれば、おそらく果物の大きさをいじることができるでしょう。」

これらすべてには歴史的な脚注がある、とヴァイゲル氏は指摘する。 200年以上前、ドイツの詩人で哲学者のヨハン・ヴォルフガング・ゲーテは、花器官は葉が変化したものであると初めて提唱しました。

「これは1990年代に確認されました」とワイゲル氏は言う。 「知られていなかったのは、花柄がどのように進化したのかということです。」

「今回、このパターンが、植物が以前に新芽の際に使用していた別のパターンを別の目的で巧みに再利用することによって生じたものであることを示しました。 これは、ダーウィンの言葉を借りれば、「花や顕花植物の進化的起源」という「忌まわしい謎」の解明に向けた大きな一歩となる。

「これはすべて、花がどこから来たのかという問題の解決に大いに役立つと思います。」

この研究には、ヤン・U・ローマン氏、レイ・ホン氏、マクシミリアン・A・ブッシュ氏、フランソワ・パルシー氏も参加した。いずれもソーク出身。 ケルン大学のMartin Hobe氏とRudiger Simon氏。

「シロイヌナズナにおける幹細胞制御と花柄形成との間の分子的関連」と呼ばれるこの研究は、ヒューマンフロンティア科学プログラム機構、ドイツ国民研究所、BASF、国立衛生研究所、米国エネルギー省から資金提供を受けた。

カリフォルニア州ラホーヤにあるソーク生物学研究所は、生命科学における基礎的な発見、人間の健康と状態の改善、将来世代の研究者の育成に特化した独立非営利機関です。 この研究所は、サンディエゴ市からの土地の寄贈とマーチ・オブ・ダイムズ先天異常財団の資金援助を受けて、ジョナス・ソーク医師によって 1960 年に設立されました。