食虫植物のタヌキモ、バターワート、モウセンゴケなどの種は、顕花植物の中で最も小さなゲノムを持っています。研究者たちは長い間、これらの小さな植物ゲノムにどのような遺伝的要因や環境的要因が影響しているのか疑問に思っていましたが、今、科学者チームが次のことを発見しました。 単一の突然変異がゲノムの縮小と相関し、それを促進している レンティブラリア科のいくつかの肉食種でこの結果が最近発表された。 Annals of Botany.
ミトコンドリアは細胞内のエネルギー生成器官です。研究者らは、細胞呼吸を通じてミトコンドリアがエネルギーを生成するために不可欠な酵素をコードするシトクロム c オキシダーゼ (COX) と呼ばれる遺伝子の変異に注目しました。研究者らは、COX 変異がミトコンドリアの効率を高め、獲物を捕らえるために吸引トラップに頼る食虫植物に有利に働くという仮説を立てました。しかし、この変異は、呼吸の副産物として活性酸素種 (ROS) と呼ばれる有害な分子の生成を増やすという代償を伴う可能性があります。
この考えを検証するために、マサリク大学を拠点とする研究チームは、肉食性のレンティブラリア科を構成する100つの属にわたるXNUMX種以上のゲノムサイズのデータと染色体の測定値をまとめました。 ゲンリセア, ムシトリスミレ属 (NAIST) と タヌキモ属また、それぞれの種から COX 遺伝子を分離して配列を分析し、祖先型か変異型かを特定しました。統計分析を使用して、研究者らは、データのパターンが COX 変異が進化の過程で植物ゲノムの小型化を促進したことを裏付けているかどうかを評価しました。
彼らの研究結果は、COX 変異がこれらの食虫植物のゲノムの小型化に寄与していることを示す説得力のある証拠を提供している。変異した COX 遺伝子を持つ種は、祖先の配列を保持している種と比較して、一貫してゲノムと染色体が小さい。系統発生モデル化により、COX 変異キャリアのゲノムは進化的反応として次第に小さくなる傾向があることも明らかになった。
研究者らは、COX 変異によって ROS レベルが上昇すると、植物の DNA 修復能力が圧倒され、世代を経るごとにゲノム欠失率が高まると考えている。必須でない領域が徐々に除去されるにつれて、植物ゲノムのサイズは縮小する。ミトコンドリア機能の強化は肉食性の罠に有利だが、この遺伝子の調整はゲノムを不安定にするという代償を伴う。
私たちの研究結果は、属全体が タヌキモ属 Genlisea属のRecurvatae節とGenlisea節はCOX遺伝子にCCまたはCS変異を抱えている…これらのLentibulariaceae系統は、祖先のLS状態（属）の系統と比較してゲノムサイズが小さくなる傾向があるという観察は、 ムシトリスミレ属, ゲンリセア この研究で報告された COX 遺伝子の変異は、COX 配列の変化によって ROS 産生が増加し、DNA 損傷が増加し、欠失を優先した DNA 修復が促進され、最終的にゲノムの収縮につながるという仮説と一致しています。
この研究は、ミトコンドリアの単一の変異がゲノムの進化にどのように影響するかを明らかにすることで、種を形成する複雑な遺伝的および環境的トレードオフに光を当てています。細胞プロセスのわずかな変化でさえ、進化の時間スケールで生物のゲノム全体の青写真を変えることにつながり得ることを示しています。この研究はまた、食虫植物を興味深い遺伝子モデルとして強調し、ミトコンドリアの変異がゲノム変化の過小評価されている要因であることを強調しています。このユニークなシステムの継続的な調査により、さらに予期しない発見が明らかになる可能性があります。
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ゼデク F.、シュメルダ J.、ハラソヴァ A.、アダメク L.、ヴェレバ A.、プラチコヴァ K.、ブレシュ P. (2024)被子植物のゲノム最小化は、ウツボカズラ類を効果的に捕獲するための代償となるかもしれない Annals of Botany。 で利用可能： https://doi.org/10.1093/aob/mcae107
