食虫植物は、植物でありながら動物を誘引・捕獲・消化し、養分として利用する。この特異な栄養獲得様式は、被子植物の中で少なくとも10回独立に進化した。遠縁の植物が似た機能を獲得するとき、その背後ではどのような遺伝的変化が起きているのだろうか。形式の遺伝的基盤は通常、種内変異を利用した遺伝学的解析によって調べられるが、食虫性のように太古に成立した形質の場合、そういった手法の適用が難しい。そこで私たちは、独立に生じた食虫性を「進化の反復実験」と捉え、系統間で共通して起きた遺伝的変化から、形質の成立に関わる遺伝子を探索している。こうした共通の変化を網羅的に捉えるため、タンパク質配列の収斂進化を検出する CSUBST や、超多種間の遺伝子発現比較を可能にする AMALGKIT などのバイオインフォマティクスツールを独自に開発してきた。本発表では、これらのツールを起点に明らかになった進化機構として、食虫植物における分子収斂、遺伝子喪失、動物特異的化合物への分子適応などを紹介する。あわせて、他生物への展開についても触れたい。

Wakatake & Fukushima. 2026. Transcriptomic prey-capture responses in convergently evolved carnivorous pitcher plants. New Phytologist 249: 2559-2573

Montero et al. 2025. Convergent losses of arbuscular mycorrhizal symbiosis in carnivorous plants. New Phytologist 248: 2040–2051.

Saul et al. 2023. Subgenome dominance shapes novel gene evolution in the decaploid pitcher plant Nepenthes gracilis. Nature Plants 9: 2000–2015.

Fukushima & Pollock. 2023. Detecting macroevolutionary genotype–phenotype associations using error-corrected rates of protein convergence. Nature Ecology & Evolution 7: 155–170.

Hedrich & Fukushima. 2021. On the origin of carnivory: Molecular physiology and evolution of plants on an animal diet. Annual Review of Plant Biology 72: 133–153.

Fukushima & Pollock. 2020. Amalgamated cross-species transcriptomes reveal organ-specific propensity in gene expression evolution. Nature Communications 11: 4459.

 

東京大学大学院理学系研究科・生物科学専攻・植物進化生態学研究室