第1437回生物科学セミナー

植物の根に寄生するハマウツボ科寄生植物の生存戦略

吉田聡子 教授(奈良先端科学技術大学院大学・先端科学技術研究科・バイオサイエンス領域)

2023年03月13日(月)    13:00-14:30  理学部1号館337A号室及びZoom   

寄生植物は宿主植物を認識し、宿主組織の中に侵入して維管束を連結することで、水や栄養分を獲得する植物である。全被子植物の中で寄生植物は約1%を占める4500種ほど存在し、少なくとも12回の独立した進化によって生じたと考えられている。中でも、ハマウツボ科には、多くの寄生植物が属しており、寄生しなくても生育できる条件的寄生植物や、宿主無しでは生育できない絶対寄生植物が含まれる。ハマウツボ科絶対寄生植物であるストライガ(Striga spp)はイネやトウモロコシなどのイネ科穀物に寄生し収量の低下をもたらすため、世界的な農業上の脅威となっているが、その寄生メカニズムはほとんど解明されていない。
寄生植物は「吸器」と呼ばれる特殊な寄生器官を形成し、宿主に侵入して維管束を連結させる。ストライガは幼根の根端を変形させ、吸器を形成する。吸器の形成には宿主由来のシグナルが必要であり、細胞壁成分が酸化されて生成するキノン類が吸器誘導物質として知られている。ストライガは自然界ではイネ科植物を宿主とするが、吸器の形成は非宿主である双子葉植物によっても誘導されるため、吸器誘導物質は特異性が低いと考えられた。一方で、ストライガは自分自身や近縁の寄生植物には吸器を形成しないという現象を見出した。私たちは、このような寄生植物の吸器形成や宿主との連結のメカニズムに興味を持ったが、ストライガでの分子レベルでの実験には限界があった。そこで、研究室内での生育が容易で自殖する条件的寄生植物コシオガマをモデルとして用いた実験系を確立し、遺伝学および逆遺伝学的なアプローチを可能にした。コシオガマから変異体のスクリーニングを進め、寄生に異常が起こる変異体を単離した。また、ゲノム解析により野生型親株と変異体を比較することで、原因遺伝子の同定を可能にした。これらの変異体の表現型解析から、寄生植物が宿主に寄生するプロセスは、植物同士の綿密なコミュニケーションによって成立することが分かってきた。さらに、絶対寄生植物ストライガと条件的寄生植物コシオガマの比較解析から、その宿主認識や吸器の構造における相違点が明らかになってきた。本講演では、ハマウツボ科寄生植物の寄生メカニズムとその生存戦略について、最近の知見を紹介する。

担当:東京大学大学院理学系研究科・生物科学専攻・男女共同参画委員会