新研究: 複数の染色体を持つ植物が異なる環境で適応する方法を解明

Tokyoハイデルベルク、ノッティンガム、プラハの科学者たちは、染色体の数が多い植物が寒冷地に適応する能力をどのように持っているのかを調査しました。二倍体より多くの染色体を持つ植物はポリプロイドと呼ばれ、これによりDNAの変化が起こり、寒冷な気候で生存する能力が向上することが分かりました。この性質は、特に氷河期のときにスプーンワートなどの植物にとって重要でした。

研究の主な発見には以下が含まれます。ポリプロイドは生態学的ニッチを何度も占有することが可能であり、寒冷地に適応したタネツケバナは、寒冷地域で遺伝子交換を行う別々の遺伝子プールを形成しました。また、ポリプロイドでは、ゲノムの構造変異が二倍体よりも頻繁に出現することがわかりました。

スプーンウォート（Cochleariaとも呼ばれる）は、地中海の親戚から1000万年以上前に分かれました。彼らの子孫は乾燥した環境に適応し、一方、スプーンウォートは約250万年前から北極地域で繁栄し始めました。マーカス・コッホ教授のチームは、Cochleariaがこの過去200万年の間に寒暖の変化に適応できたことを発見しました。この急速な適応を可能にした具体的なゲノムメカニズムは、最近までほとんど知られていませんでした。

本研究では、リーバイ・ヤント教授のチームがコクレアリア・エクセルサのゲノムを解析し、パンゲノムを作成しました。彼らは350以上の異なるコクレアリア種のゲノムを調査しました。研究の結果、ポリプロイド植物は、二倍体植物と比べてゲノムに構造的な変化が頻繁に起こることが示されました。これらの変化は、ゲノムの余分なコピーがマスクするため容易には検出されず、自然選択で除去されることなく蓄積することが可能になります。

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ポリプロイドに特有のDNAの変化は、異なる気候への適応に重要な役割を果たす遺伝子で頻繁に見られます。詳細な研究によれば、これらの変化は種子の成長や植物の病気への耐性に影響を与えます。フィリップ・コラール博士は、これらの変化が未来の気候変動における植物の適応に大きな役割を果たす可能性があることを指摘しています。

コッホ教授は、中央ヨーロッパのコクレアリア属の種が気候変動を生き延びることが難しいかもしれないと警告しています。例えば、オーストリアの山の頂上に生息するコクレアリア・エクセルサは、これ以上高い場所に移動することができません。同様に、ピレネーシススプーンウォートも中央ヨーロッパの丘陵地や山間地域で困難に直面するでしょう。しかし、これらの寒冷地適応植物の遺伝子プール全体は、北部地域で生き延びる可能性があります。

この研究は、植物が将来の気候変動にどのように対応するかを理解するのに役立ちます。レビィ・ヤントの研究は、ヨーロッパ研究会議（ERC）のスターティンググラントによって支援を受けました。ハイデルベルク大学のチームも過去25年間にわたり大きく貢献しました。彼らの研究成果は「Nature Communications」誌に発表されました。

研究によれば、倍数体植物におけるゲノム重複は、彼らが変化する環境に順応するのを助けることが確認されています。この情報は、将来的な気候変動において植物がどのように生存するかを理解するために重要です。また、様々な地域での植物多様性の保護が必要であることを強調しています。