ヒメツリガネゴケをモデルとしてメスの生殖器官発生を運命づける転写因子PpRKDの同定に成功

立教大学理学部の養老瑛美子助教、鈴木誠也氏（修士課程学生）、秋吉信宏助教、榊原恵子教授、金沢大学生命理工学系の小藤累美子助教らによる研究グループは、同じ個体の同一頂端にオスとメス両方の生殖器官を発生するヒメツリガネゴケにおいて、メスの発生運命を決定する転写因子PpRKDを同定しました。




【研究の概要】
植物には、同一個体にオスとメスの両方の生殖器官をつくる種が大多数存在します。それらの種は、生殖器官をつくる際に、オスとメスのどちらの生殖器官をつくるのかを制御しています。陸上植物が最初に進化させたオスとメスの生殖器官は、造精器と造卵器です。しかし、これらの発生運命がどのような因子によって制御され、オスとメスがつくり分けられているのかはいまだよく分かっていませんでした。コケ植物のヒメツリガネゴケは、茎葉体と呼ばれる茎葉構造の頂端に、先にオスの生殖器官（造精器）が発生し、後からメスの生殖器官（造卵器）が発生します。本研究グループは、ゲノム編集と相同組換えによる機能欠失変異株および誘導的発現株を作製し、発生初期の生殖器官の頂端細胞を共焦点顕微鏡で観察することで、メスの発生を運命づける転写因子PpRKDの同定に成功しました。PpRKD遺伝子が働かないと、メスの生殖器官がつくられず、オスの生殖器官でPpRKD遺伝子を働かせるとオスの生殖器官がメスへと性転換することが分かりました。本研究成果は、英国の国際雑誌「New Phytologist」2024年11月22日付（日本時間11月22日18時00分）にオンライン版が掲載されました。



　
【研究の背景】
植物の中で、花が咲く被子植物は胞子体*注1世代に性をもつ花器官をつけ、その花器官内部で発生するメスの配偶体*注1）には卵が、オスの配偶体には精子がつくられます。この被子植物の中の多くの種は、オスとメスの両方の性をもつ両性花をつくり、花器官内部でオスとメスの生殖器官をつくり分けます。一方、花が咲く被子植物の出現より約2億年以上前に既に陸上に進出していた植物であるコケ植物は、配偶体*注1）世代にオスとメスの生殖器官をつくり、その生殖器官内部で精子と卵をそれぞれつくります。
　
コケ植物のうち、タイ類のゼニゴケでオスとメスの性をつくり分ける仕組みの解明が進んでいました。しかし、ゼニゴケは雌雄異株で、オス株にはオスの、メス株にはメスの生殖器官が発生するため、生殖器官発生以前にオスまたはメスの発生運命が決まっていることになります。一方、セン類のヒメツリガネゴケは、雌雄同株で、同一個体の配偶体世代の茎葉体とよばれる茎葉構造の同一頂端に、オスとメスの両方の生殖器官をつくります。ヒメツリガネゴケの茎葉体を生殖器官誘導条件に移すと、茎葉体の頂端に、まずオスの造精器が発生し始め、7-8個の造精器から成る造精器束がつくられた頃に、その外側に一枚以上の葉を挟んで今度はメスの造卵器が発生し始めます。これは、ヒメツリガネゴケの茎頂の頂端幹細胞が、先にオス、次いでメスへと運命を転換し、生殖器官をつくり分けていることを示しています。
　
今回、本研究グループは、生殖器官それ自身のオスとメスをどのようにつくり分けているか、その制御機構を解明するため、ヒメツリガネゴケを用いて研究し、オスの造精器の後に発生する、メスの生殖器官の発生運命を決定する転写因子PpRKDを同定しました。